长距离掘进面瓦斯涌出量影响因素分析及应用

韩院生

（潞安环能股份公司王庄煤矿，山西 长治 046031）

1 工作面基本概况

9101风巷采用单巷沿3#煤层底板掘进。煤层原始瓦斯含量10.6 m3/t，残存量3 m3/t，巷道为5.5 m×3.5 m的矩形断面，巷道设计长度2 860 m，计划月进尺300 m，预计掘进工期9.5个月。

2 掘进工作面瓦斯来源分析

掘进工作面的瓦斯涌出量主要由煤壁瓦斯涌出量和落煤瓦斯涌出量两部分组成[1-3]。

1）掘进工作面煤壁释放瓦斯（q1）[1-5]。

式中：q1为掘进巷道煤壁瓦斯涌出量，m3/min；D为巷道断面内暴露煤壁面的周边长度，m；12.5 m；V为巷道平均掘进速度，m/min；L为巷道长度，m；q0为煤壁瓦斯涌出初速度，m3/m2·min，按下式计算：

式中：Vdaf为煤中挥发份含量，%，Vdaf=15.20%；W0为

煤层原始瓦斯含量，m3/t。10.6 m3/t。

2）掘进工作面落煤释放瓦斯（q2）[1-5]。

式中：q2为掘进巷道落煤瓦斯涌出量，m3/min；S为掘进巷道断面积，m2；V为巷道平均掘进速度，m/min；γ为煤视密度，t/m3；γ=1.39 t/m3；W0为煤层原始瓦斯含量，m3/t；Wc为煤层残存瓦斯含量，m3/t。

3 掘进工作面瓦斯涌出量影响因素分析

3.1 掘进速度

当掘进速度增大时，单位时间内推进的距离增大，煤壁瓦斯涌出量会增大，同时由于单位时间内落煤量增大了，因此落煤产生的瓦斯也会增大，因而造成掘进工作面的瓦斯涌出量会增大[1-2]。

3.2 掘进工作面的长度

当掘进工作面的长度增加，会造成掘进工作面的煤壁瓦斯涌出量增加，因此会造成掘进工作面的瓦斯涌出量增大[1-2]。

4 掘进速度对瓦斯涌出量的影响分析

4.1 不同掘进速度煤壁瓦斯涌出量的预测

为了考察推进速度对长距离掘进工作面瓦斯涌出量的影响，设计了月推进速度从150～300 m，然后根据公式（1）可以计算出不同掘进速度下掘进工作面的煤壁瓦斯涌出量见表1、图1。长距离掘进工作面的煤壁瓦斯涌出量与掘进速度成正相关关系，并且基本上是线性关系，煤壁瓦斯涌出量随着推进速度加快而逐渐增大。这是因为当推进速度增大时，在单位时间内掘进工作面的推进距离增大了，煤壁的暴露面积增加了，因而造成在单位时间内煤壁的瓦斯涌出量出现增大的情况。

表1 9101风巷不同掘进速度下瓦斯涌出量预测结果

图1 9101风巷不同掘进速度下落煤、煤壁及总瓦斯涌出量预测

4.2 不同掘进速度落煤瓦斯涌出量的预测

根据公式（2）可以计算出不同掘进速度下掘进工作面的落煤瓦斯涌出量见表1、图1。长距离掘进工作面的落煤瓦斯涌出量与掘进速度成正相关关系，并且基本上是线性关系，落煤瓦斯涌出量随着推进速度加快而逐渐增大，这是因为当推进速度增大时，在单位时间内掘进工作面的落煤量增大了，落煤产生的瓦斯量也增加了，因而造成在单位时间内落煤的瓦斯涌出量出现增大的情况。

4.3 掘进速度对长距离掘进工作面瓦斯涌出量的影响分析

由表1和图1可知，掘进工作面的瓦斯涌出量与推进速度成正比，推进速度越快，掘进工作面的瓦斯涌出量就越大。因此，对于长距离掘进工作面来说，掘进初期可以在保证瓦斯浓度不超过《煤矿安全规程》规定的情况下，加快掘进工作面的推进速度，当掘进工作面超过一定的距离时，可以通过降低推进速度来减少瓦斯涌出量，从而使掘进工作面回风流中的瓦斯浓度不超限[4]。

5 掘进工作面长度对瓦斯涌出量的影响分析

5.1 不同长度掘进工作面煤壁瓦斯涌出量预测

根据公式（1）可以计算出不同长度掘进工作面的煤壁瓦斯涌出量见表2、图2。可以看出煤壁瓦斯涌出量与掘进工作面的长度成正比，瓦斯涌出量随着巷道长度的增大，逐渐增大。

表2 9101风巷不同长度下煤壁、落煤及总瓦斯涌出量预测结果

图2 9101风巷不同长度下煤壁、落煤及总瓦斯涌出量预测

5.2 不同长度掘进工作面落煤瓦斯涌出量预测

根据公式（2）及表2可知，掘进工作面落煤运走后即无法影响工作面瓦斯涌出。因此掘进工作面的落煤瓦斯涌出量与巷道长度没有直接关系。

5.3 巷道长度对长距离掘进工作面瓦斯涌出量的影响分析

由图2可知，掘进工作面的瓦斯涌出量与巷道长度成正相关。随着巷道长度的逐渐增加，瓦斯涌出量也逐渐的增加，但是随着巷道长度的不断增长，瓦斯涌出量增加的幅度有所减小。

6 长距离掘进工作面瓦斯涌出量的影响因素分析在实际生产中的应用

由表2可知9101风巷巷道掘进长度达到2 100 m，月进度300 m时，预测最大瓦斯涌出量为5.61 m3/min。巷道掘进初期煤壁瓦斯涌出量小，在控制落煤瓦斯涌出量的情况下，可以加快巷道掘进速度；巷道掘进达到一定距离后煤壁瓦斯涌出量增加，则需减缓巷道掘进速度，降低巷道落煤瓦斯涌出量；通过以上手段，始终控制巷道总瓦斯涌出量在5.61 m3/min左右。

由表3 可知通过优化掘进方案后9101 风巷2 860 m的巷道8个月可掘进完成，比预计工期提前1.5个月。

表3 根据瓦斯影响因素分析合理分配月度进尺

7 结语

本文对长距离掘进工作面掘进速度和掘进距离两个瓦斯涌出主要影响因素进行了分析，得到了以下结果：

1）掘进工作面的瓦斯涌出量与推进速度成正比，推进速度越快，掘进工作面的瓦斯涌出量越大。

2）掘进工作面瓦斯涌出量与掘进距离正相关，瓦斯涌出量随掘进距离的增加而增大。应该密切注意长距离掘进工作面的瓦斯涌出量的变化，提高掘进工作面的风量，尽量减小掘进工作面回风流的瓦斯浓度。

3）对于长距离掘进工作面来说，巷道掘进初期煤壁瓦斯涌出量小，在保持瓦斯浓度不超过《煤矿安全规程》相关规定的前提下，在控制落煤瓦斯涌出量的情况下，可以加快巷道掘进速度；巷道掘进达到一定距离后煤壁瓦斯涌出量增加，则需减缓巷道掘进速度，降低巷道落煤瓦斯涌出量；通过以上手段，始终控制巷道瓦斯涌出量接近最大预测瓦斯涌出量。通过优化掘进方案后合理安排每月掘进任务，可合理缩短巷道掘进工期。