余吾煤業(yè)S2107工作面瓦斯涌出規(guī)律研究

郝佳順 周建偉

(余吾煤業(yè)有限責(zé)任公司)

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余吾煤業(yè)S2107工作面瓦斯涌出規(guī)律研究

郝佳順 周建偉

(余吾煤業(yè)有限責(zé)任公司)

研究綜采工作面瓦斯涌出規(guī)律是煤礦瓦斯治理的重要基礎(chǔ)。以余吾煤業(yè)S2107工作面為研究對(duì)象，采用等價(jià)替換法估算、畫(huà)圖法實(shí)測(cè)采空區(qū)瓦斯涌出量，單元法實(shí)測(cè)工作面瓦斯源，得出正常生產(chǎn)期間采空區(qū)瓦斯涌出量、工作面漏風(fēng)及各單元瓦斯涌出規(guī)律，為綜放工作面瓦斯治理提供了條件。

采空區(qū) 瓦斯涌出量 單元法測(cè)量

潞安集團(tuán)余吾煤業(yè)S2107工作面為該礦單“U”+高、低位頂板抽放巷瓦斯治理模式試驗(yàn)工作面，從西向東3#煤層整體近似為一單斜構(gòu)造，平均坡度5°，東高西低，埋藏深度480～543 m。工作面原始瓦斯含量9.484 6 m3/t，由于預(yù)抽時(shí)間較短，回采期間可解析瓦斯含量7.332 4 m3/t。工作面回采平距1 284 m，切眼平距312 m，為大采長(zhǎng)工作面。為保證工作面安全開(kāi)采，需對(duì)瓦斯涌出量進(jìn)行測(cè)算。

1 采空區(qū)瓦斯涌出量

綜合利用等價(jià)替換法、畫(huà)圖法對(duì)采空區(qū)瓦斯涌出量進(jìn)行實(shí)測(cè)。

1.1 等價(jià)替換法估算采空區(qū)瓦斯涌出量

1.1.1 等價(jià)替換估算法介紹

工作面試采期間，頂板跨落前采空區(qū)尚未形成，工作面瓦斯涌出主要來(lái)源于工作面采落煤及新暴露煤壁；工作面頂板跨落后，采空區(qū)隨即形成，工作面瓦斯涌出為采空區(qū)瓦斯涌出和工作面采落煤及新暴露煤壁瓦斯涌出。

利用等價(jià)替換法即試采期間工作面采落煤及新暴露煤壁涌出瓦斯替換正?；夭善陂g相應(yīng)值，計(jì)算采空區(qū)瓦斯涌出量。

考慮到煤壁釋放瓦斯隨時(shí)間的衰減性，估算時(shí)應(yīng)考慮膠順煤壁瓦斯涌出衰減量，在選擇替換點(diǎn)時(shí)應(yīng)使工作面新暴露煤壁的暴露時(shí)間相當(dāng)。

1.1.2 采空區(qū)瓦斯涌出量估算

8月19日，S2107工作面累計(jì)推進(jìn)距離8 m，采空區(qū)開(kāi)始形成，工作面風(fēng)排瓦斯量為8.42 m3/min(割完一刀煤后停機(jī)，煤壁自然釋放5 h數(shù)據(jù))。

10月8日，工作面累計(jì)推進(jìn)162 m，采空區(qū)已經(jīng)形成，且瓦斯涌出趨于穩(wěn)定，工作面風(fēng)排瓦斯量為15.29 m3/min(割完一刀煤，煤壁自然釋放5 h數(shù)據(jù))。

此階段工作面順槽瓦斯涌出衰減量為0.5 m3/min，利用等價(jià)替換法可計(jì)算出采空區(qū)瓦斯涌出量為

Q=(Q1+0.5)-Q2=7.37m3/min,

式中，Q為采空區(qū)瓦斯涌出量，m3/min;Q1、Q2分別為常排、試排期瓦斯涌出量，m3/min。

1.2 畫(huà)圖法實(shí)測(cè)采空區(qū)瓦斯涌出量

1.2.1 測(cè)量原理

采空區(qū)瓦斯涌出量與采面總瓦斯涌出量的比值為采空區(qū)瓦斯涌出系數(shù)，采空區(qū)瓦斯涌出系數(shù)直接反映了采空區(qū)排到采面的瓦斯量大小，是工作面瓦斯治理的重要參數(shù)[1]。

非生產(chǎn)期間工作面瓦斯涌出來(lái)源主要有:后溜及采空區(qū)遺煤、鄰近層瓦斯涌出;工作面煤壁及前溜與煤壁間落煤瓦斯涌出[2]。由于分子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，高濃度瓦斯均會(huì)向工作面中間位置運(yùn)動(dòng)，根據(jù)斷面瓦斯?jié)舛确植记闆r可測(cè)算出采空區(qū)瓦斯涌出系數(shù)[3]。工作面瓦斯?jié)舛确植既鐖D1所示，若濃度最低點(diǎn)B距煤壁及采空區(qū)分別為L(zhǎng)1、L2，則此斷面處采空區(qū)瓦斯涌出系數(shù)k1=L2/(L1+L2)。

1.2.2 測(cè)點(diǎn)布置

從工作面距回風(fēng)巷10 m位置(200#支架)開(kāi)始，每隔30 m(20組支架)布置一個(gè)觀測(cè)站，共布置10個(gè)觀測(cè)站。在每個(gè)觀測(cè)站橫斷面上從煤壁到支架均勻布置8個(gè)測(cè)點(diǎn)，如圖2所示，測(cè)點(diǎn)布置在上下位置的正中，最外側(cè)兩測(cè)點(diǎn)距煤壁、采空區(qū)均為0.3 m，測(cè)點(diǎn)間距1 m，測(cè)定各測(cè)點(diǎn)濃度，找出濃度最低測(cè)點(diǎn)，并在濃度最低測(cè)點(diǎn)前后0.5 m位置各取一測(cè)點(diǎn)，觀測(cè)其瓦斯?jié)舛龋謩e測(cè)量這一組10個(gè)測(cè)量點(diǎn)中濃度最低測(cè)點(diǎn)到煤壁、采空區(qū)的距離L1、L2。

圖1 工作面瓦斯?jié)舛确植际疽?/p>

1.2.3 測(cè)量結(jié)果

通過(guò)畫(huà)圖法測(cè)定工作面瓦斯涌出系數(shù)可知(表1)，隨距膠順距離的增加，采空區(qū)涌出瓦斯所占比例整體來(lái)說(shuō)逐步增大，涌出系數(shù)由48%增加到61%，且從第160#架開(kāi)始(距回順70 m)，采空區(qū)瓦斯涌出強(qiáng)度顯著增大。整個(gè)工作面瓦斯涌出中，采空區(qū)瓦斯占61%，實(shí)測(cè)工作面風(fēng)排瓦斯量為11.78 m3/min，采空區(qū)瓦斯涌出量為7.19 m3/min。

圖2 畫(huà)圖法測(cè)站布置

表1 采空區(qū)瓦斯涌出系數(shù)

2 單元法測(cè)定工作面瓦斯涌出規(guī)律

2.1 單元?jiǎng)澐?/p>

S2107工作面采用U型通風(fēng)，在工作面膠順、回順內(nèi)分別布置一個(gè)測(cè)站(距工作面15 m處)，沿工作面方向每15 m布置一個(gè)測(cè)站，將工作面劃分為22個(gè)小單元。

2.2 數(shù)據(jù)測(cè)量

將工作面方向各測(cè)站劃分為前溜、中部、后溜測(cè)量區(qū)域(圖3)，分別測(cè)量各區(qū)域的瓦斯?jié)舛燃帮L(fēng)量，再通過(guò)累加計(jì)算，得出該測(cè)站的風(fēng)量、瓦斯涌出量。

圖3 工作面測(cè)站測(cè)點(diǎn)布置

2.3 數(shù)據(jù)處理與分析

相鄰兩測(cè)站測(cè)量數(shù)據(jù)之差即為測(cè)量單元的漏風(fēng)量及瓦斯涌出量，數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 單元法測(cè)量數(shù)據(jù)

根據(jù)單元法測(cè)量數(shù)據(jù)可知：距膠順0～150 m，工作面風(fēng)量持續(xù)漏入采空區(qū)，且各單元漏風(fēng)量呈逐步減少趨勢(shì)，累計(jì)漏風(fēng)量為806 m3/min，占總進(jìn)風(fēng)量的20%；距膠順150 m～回順區(qū)域，由于通風(fēng)負(fù)壓作用，漏入采空區(qū)的風(fēng)量持續(xù)流回工作面，且各單元回流風(fēng)量呈逐步增加的趨勢(shì)，累計(jì)回流風(fēng)量為286 m3/min，其余部分被高抽巷、地面井及裂隙帶鉆孔抽走。

工作面瓦斯總涌出量為15.39m3/min，且由膠順到回順各單元瓦斯涌出量呈緩慢上升趨勢(shì)；1#～6#單元，受采空區(qū)漏風(fēng)及膠順裂隙帶鉆孔抽采作用影響，單元瓦斯涌出量較小；7#～12#單元，由于工作面向采空區(qū)漏風(fēng)量減少，且膠順裂隙帶鉆場(chǎng)抽采影響較小，采空區(qū)瓦斯涌出強(qiáng)度有所增加，同時(shí)由于此區(qū)域煤體瓦斯含量較膠順側(cè)稍高，煤壁瓦斯涌出也隨之增大，故此區(qū)域各單元瓦斯涌出量略有上升；13#～16#單元瓦斯涌出均較高，主要原因?yàn)榇藚^(qū)域處于工作面中部，受順層鉆孔抽采效果較差、煤體殘余瓦斯含量較高的影響，采落煤及煤壁釋放瓦斯較多；20#～22#單元瓦斯涌出量最大，主要原因?yàn)槁┤氩煽諈^(qū)的風(fēng)流攜帶深部高濃度瓦斯由此處流出，且高抽巷對(duì)深部漏風(fēng)流截流效果較差。

3 結(jié) 論

(1)隨著與膠順距離的增加，S2107工作面采空區(qū)瓦斯涌出系數(shù)由48%增加到61%，涌出量最大為7.19 m3/min，利用等價(jià)替換法估算采空區(qū)瓦斯涌出量與實(shí)測(cè)值相近，表明等價(jià)替換法可以對(duì)采空區(qū)瓦斯涌出量進(jìn)行預(yù)測(cè)。

(2)S2107工作面漏入采空區(qū)風(fēng)量累計(jì)為806 m3/min，占總進(jìn)風(fēng)量的20%。采空區(qū)漏風(fēng)流部分被高抽巷、地面井及裂隙帶鉆孔帶走，由于負(fù)壓通風(fēng)作用，286 m3/min的漏風(fēng)流流回工作面，并帶出采空區(qū)高濃度瓦斯。漏入風(fēng)量由端頭至工作面中部逐步減小，流回風(fēng)量由工作面中部至端尾逐步增多。

(3)工作面各單元瓦斯涌出，由膠順至回順整體呈增加趨勢(shì)，由于高抽巷對(duì)采空區(qū)深部漏風(fēng)流截流效果較差，距膠順270 m～回順位置各單元瓦斯涌出量均相對(duì)較大。

[1] 楊勝?gòu)?qiáng)，俞啟香，王欽方，等.單元法測(cè)定瓦斯分布及旋轉(zhuǎn)射流驅(qū)散積聚瓦斯[J].中國(guó)礦業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2003，32(5)：530-531.

[2] 楊勝?gòu)?qiáng)，張?jiān)匍F.廣能集團(tuán)綠水洞煤礦礦井通風(fēng)系統(tǒng)通風(fēng)阻力測(cè)定[R].徐州：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)，2007.

[3] 范滿長(zhǎng)，楊勝?gòu)?qiáng)，王國(guó)臣，等.綜采面瓦斯來(lái)源與濃度分布單元法測(cè)定及分析[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，2004，32(3)：23-27.

2016-04-25)

郝佳順(1987—)，男，助理工程師，046100 山西省長(zhǎng)治市屯留縣。