綜采面瓦斯來源及分布規(guī)律范文

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《工業(yè)安全與環(huán)保雜志》2015年第十期

綜合機(jī)械化采煤方法具有高產(chǎn)高效等特點(diǎn)，是現(xiàn)代化礦井普遍采用的技術(shù)途徑，已經(jīng)在全國(guó)范圍內(nèi)得到全面推廣，深入研究綜采工作面瓦斯來源及分布規(guī)律對(duì)礦井瓦斯治理具有重要的指導(dǎo)作用。目前國(guó)內(nèi)外學(xué)者主要通過計(jì)算機(jī)模擬的方法分析工作面瓦斯涌出來源與分布規(guī)律，但是由于采空區(qū)流場(chǎng)的復(fù)雜性，很多模擬計(jì)算需要的參數(shù)很難確定，模擬得到的結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)差別很大，本文基于單元測(cè)定法，實(shí)測(cè)分析綜采工作面瓦斯來源及分布規(guī)律。

1測(cè)定方法

單元法測(cè)法是將待測(cè)試的工作面劃分為若干個(gè)測(cè)試單元，測(cè)試每個(gè)單元體的進(jìn)、出口風(fēng)量和進(jìn)出斷面瓦斯?jié)舛龋缓笸ㄟ^計(jì)算，得出整個(gè)回采工作面不同瓦斯涌出源的瓦斯涌出量。

1．1測(cè)定原理測(cè)點(diǎn)地點(diǎn)選在昔陽黃巖匯煤礦，將該礦的15102綜采工作面沿工作面傾斜方向布置15個(gè)測(cè)站，將工作面劃分為15個(gè)單元，圖1為工作面單元?jiǎng)澐郑總€(gè)測(cè)站從采空區(qū)至煤壁方向均勻布置5個(gè)測(cè)點(diǎn)，測(cè)點(diǎn)布置如圖2所示。測(cè)定每個(gè)斷面的進(jìn)、出瓦斯?jié)舛群蛦卧獢嗝娴倪M(jìn)出風(fēng)量，在進(jìn)、回風(fēng)巷距切眼20m處各布置一個(gè)測(cè)站，測(cè)量在不同條件下的瓦斯?jié)舛群惋L(fēng)量。綜采工作面瓦斯平衡和風(fēng)量示意圖如圖3所示。根據(jù)各單元的瓦斯平衡方程、風(fēng)量平衡方程可計(jì)算出每個(gè)單元:①采空區(qū)的漏風(fēng)量;②采空區(qū)的瓦斯涌出量、煤壁及采落煤炭瓦斯涌出量。

1．2測(cè)定步驟(1)將15102綜采工作面沿傾斜長(zhǎng)度劃分為15個(gè)單元，使用目前煤礦常用的安全儀器測(cè)定設(shè)計(jì)位置的瓦斯?jié)舛群惋L(fēng)速。(2)測(cè)定每個(gè)單元的進(jìn)、出風(fēng)量。(3)測(cè)定每個(gè)單元進(jìn)、回風(fēng)斷面由采空區(qū)至煤壁各測(cè)點(diǎn)的瓦斯?jié)舛取?4)根據(jù)風(fēng)量平衡方程、瓦斯平衡方程，計(jì)算每個(gè)單元的煤壁、采落煤體及采空區(qū)的瓦斯涌出量。

2現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)及數(shù)據(jù)分析

2．1綜采面實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)根據(jù)單元法原理，對(duì)15102綜采工作面進(jìn)行了實(shí)測(cè)，實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)見表1。

2．2綜采面實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)根據(jù)單元法測(cè)試方法，對(duì)15102綜采工作面測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行了處理，結(jié)果見表2。對(duì)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)處理得到:q1=0．838m3/min(采空區(qū)的瓦斯涌出量);qf=3．201m3/min(煤壁及采落煤炭的瓦斯涌出量);q=4．039m3/min(工作面瓦斯涌出量)。對(duì)表2中的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)處理結(jié)果進(jìn)行分析可知:采空區(qū)瓦斯涌出量占工作面瓦斯總涌出量的20．75%，煤壁及落煤的瓦斯涌出量占工作面瓦斯總涌出量的79．25%。工作面回采過程中來自煤壁及落煤的瓦斯所占比重較大，在采用通風(fēng)方式治理煤壁及落煤瓦斯的同時(shí)，還應(yīng)加強(qiáng)煤層瓦斯抽放力度。

3工作面瓦斯涌出分布規(guī)律研究

3．1垂直煤壁方向瓦斯?jié)舛确植家?guī)律在工作面始端，如圖4所示，靠近進(jìn)風(fēng)側(cè)，即測(cè)站1處，從煤壁→落煤處→人行道→立柱中間→采空區(qū)，瓦斯?jié)舛染徛陆担煽諈^(qū)處瓦斯?jié)舛容^煤壁處略低，但相差不大，另外，人行道、立柱中間、落煤處的瓦斯?jié)舛扰c采空區(qū)處瓦斯?jié)舛认嗖畈淮螅缘陀诿罕谖恢谩＿@是由于測(cè)站1處煤壁位于工作面進(jìn)風(fēng)側(cè)風(fēng)流的拐角處，此處風(fēng)速較大，風(fēng)流處于紊流狀態(tài)，可以將煤壁和落煤涌出的瓦斯充分稀釋帶走，而立柱中間和人行道處風(fēng)速與之相比較低，瓦斯?jié)舛壬愿撸幻黠@。靠近采空區(qū)的區(qū)域由于采空區(qū)漏風(fēng)，瓦斯主要向采空區(qū)運(yùn)移，從而使該處的瓦斯?jié)舛纫膊桓摺Ｔ诠ぷ髅嬷胁浚鐖D5所示，在測(cè)站9～10處，從煤壁→落煤處→人行道→立柱中間→采空區(qū)，瓦斯?jié)舛然旧铣噬仙内厔?shì)，呈拋物線型。這是因?yàn)樵诠ぷ髅嬷卸危罕谔庯L(fēng)速比截面中部風(fēng)速低，因此，在煤壁處瓦斯?jié)舛缺攘⒅虚g和人行道處高。此外，在靠近采空區(qū)的區(qū)域，風(fēng)流開始將采空區(qū)的瓦斯帶入工作面，故而此處瓦斯?jié)舛缺热诵械兰傲⒅虚g要高。在工作面末端，如圖6所示，在測(cè)站15處，煤壁→落煤處→人行道→立柱中間→采空區(qū)，存在煤壁、落煤、頂?shù)装搴筒煽諈^(qū)瓦斯涌出源，漏風(fēng)方向由采空區(qū)漏入工作面，大量瓦斯從上隅角進(jìn)入工作面，而采空區(qū)瓦斯?jié)舛雀哂诹⒅叭诵械溃罕谔幪幱诠ぷ髅孓D(zhuǎn)折點(diǎn)，工作面產(chǎn)生的瓦斯都經(jīng)該區(qū)域進(jìn)入回風(fēng)巷，故該處瓦斯?jié)舛茸罡摺８鶕?jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試數(shù)據(jù)，得到瓦斯?jié)舛妊毓ぷ髅鎯A斜方向的分布規(guī)律，如圖7所示:沿工作面傾斜方向，在1～8測(cè)站區(qū)域，斷面平均瓦斯?jié)舛瘸噬仙厔?shì);在9～14測(cè)站區(qū)域，斷面平均瓦斯?jié)舛戎饾u下降;在14～16區(qū)域，斷面平均瓦斯?jié)舛燃眲∩仙?/p>

3．2工作面沿傾斜方向瓦斯?jié)舛确植家?guī)律根據(jù)黃巖匯煤礦提供的相關(guān)資料，可知102高抽巷位于距離回風(fēng)巷50m位置正上方68m處，高抽巷主要抽采鄰近層卸壓瓦斯和采空區(qū)瓦斯。高抽巷位于測(cè)點(diǎn)11正上方附近區(qū)域，部分卸壓瓦斯和采空區(qū)瓦斯通過裂隙帶被高抽巷抽采，使得該區(qū)域附近瓦斯?jié)舛认鄬?duì)較低，與圖7中瓦斯?jié)舛确植蓟疚呛稀?/p>

4采空區(qū)瓦斯分布規(guī)律分析

受煤層開采影響，煤、巖體的壓力平衡狀態(tài)被破壞，靠近采空區(qū)側(cè)的煤體卸壓，大量瓦斯由吸附狀態(tài)變成游離狀態(tài);煤體在卸壓過程中產(chǎn)生了各種方向的裂隙，當(dāng)這些裂隙與采空區(qū)溝通，形成了向采空區(qū)排放瓦斯通道。離層裂隙能得以保持主要是受工作面前方支撐煤壁的影響，同樣在采空區(qū)靠近原進(jìn)、回風(fēng)巷道一定范圍內(nèi)，受到預(yù)留煤柱支撐的影響也存在一個(gè)裂隙發(fā)育區(qū)，這些區(qū)域是瓦斯的理想通道。工作面瓦斯?jié)舛鹊姆植际懿煽諈^(qū)漏風(fēng)量大小影響較大，通過分析工作面瓦斯?jié)舛葴y(cè)試結(jié)果，可得到采空區(qū)漏風(fēng)情況;通過對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)分析可知，靠近進(jìn)風(fēng)側(cè)部分風(fēng)流由工作面漏入采空區(qū)，在工作面中段風(fēng)流開始將采空區(qū)瓦斯帶入工作面，靠近回風(fēng)側(cè)漏風(fēng)方向由采空區(qū)通過上隅角漏入工作面。工作面采空區(qū)瓦斯?jié)舛确植际疽馊鐖D8。由圖8可知:在測(cè)點(diǎn)1～10區(qū)域采空區(qū)瓦斯?jié)舛然旧铣尸F(xiàn)上升趨勢(shì)，這是因?yàn)樵谠搮^(qū)域前端工作面向采空區(qū)的漏風(fēng)量逐漸減少，在該區(qū)域后端采空區(qū)向工作面漏風(fēng)，瓦斯也隨著漏風(fēng)量、漏風(fēng)方向進(jìn)行相應(yīng)的變化。在測(cè)點(diǎn)11～12區(qū)域，采空區(qū)瓦斯?jié)舛认鄬?duì)其兩端區(qū)域較低，并且瓦斯?jié)舛茸兓淮螅@是因?yàn)楦叱橄锾幱趨^(qū)域11上方，部分瓦斯通過裂隙帶被高抽巷抽走。在14～15區(qū)域，瓦斯?jié)舛让黠@上升，這是因?yàn)榇颂帪樯嫌缃撬趨^(qū)域，采空區(qū)瓦斯通過上隅角大量進(jìn)入工作面，導(dǎo)致該區(qū)域瓦斯?jié)舛韧蝗簧仙?/p>

5結(jié)論

(1)提出了通過單元法測(cè)試綜采工作面瓦斯來源及分布規(guī)律，并詳細(xì)闡述了單元法的測(cè)試原理及測(cè)試步驟。(2)采空區(qū)瓦斯涌出量占工作面瓦斯總涌出量的20．75%，來自煤壁及落煤的瓦斯占工作面瓦斯總涌出量的79．25%。工作面回采過程中來自煤壁及落煤的瓦斯所占比重較大，在采用通風(fēng)方式治理煤壁及落煤瓦斯的同時(shí)，還應(yīng)加強(qiáng)煤層瓦斯抽放力度。(3)從15102工作面瓦斯平均濃度變化可知，在工作面上隅角區(qū)域，風(fēng)流經(jīng)上隅角帶出大量采空區(qū)瓦斯，致使采空區(qū)瓦斯進(jìn)入工作面，引起工作面瓦斯劇烈變化，故應(yīng)該針對(duì)上隅角采取專門的瓦斯防治措施。

作者：賀化平 單位：河南神火集團(tuán)有限公司薛湖煤礦