综采工作面瓦斯浓度分布规律研究

李 霞,芦 倩,朱耀杰,赵耀江

（太原理工大学 矿业工程学院，山西 太原 030024）

综采工作面瓦斯浓度分布规律研究

李 霞,芦 倩,朱耀杰,赵耀江

（太原理工大学 矿业工程学院，山西 太原 030024）

基于沙曲矿系高瓦斯矿井，（其14205工作面有上下邻近层及邻近采空区），采空区瓦斯涌出达60%以上，易使综采面瓦斯浓度超限，影响工作面的安全生产。针对性地研究了综采面瓦斯浓度分布规律，对综采面瓦斯治理和瓦斯涌出量预测均有重要的意义。

高瓦斯；综采面；瓦斯浓度分布

1 问题的提出

沙曲矿为优质焦煤生产基地，井田范围较大，地质条件复杂，煤层赋存呈现多煤层、近距离、高瓦斯等特点，且属煤与瓦斯突出危险的矿井。沙曲矿现主采4号煤层，即14205工作面，其煤层瓦斯含量、工作面瓦斯涌出量大到国内也较少见，同时伴有瓦斯动力现象；现有抽放形式在一定程度上虽缓解了综采工作面的瓦斯超限和局部区域瓦斯积聚，但未完全消除工作面生产中遇到的瓦斯隐患；在某些情况下，采煤机连续割煤30～40min，工作面瓦斯探头就会超限，形成断电，造成工作面采煤机割割停停。因此需对工作面瓦斯涌出要情况做进一步的观测，并对工作面瓦斯浓度分布律进行的深入研究，以期分析工作面瓦斯来源及准确预测预报涌出量，提出可行可靠、经济适用的瓦斯防治技术保证安全生产。

2 工作面概况

14205 工作面为倾斜长壁工作面，为南二采区第五个回采工作面，其北面为已回采完毕的14204工作面，现主采的4号煤层，上距3号煤层平均10.34m，下距5号煤层平均6.16m，厚度0.84～6.05 m，平均2.98m工作面切眼宽度200m，可采长度855m，可采面积0.17km2。综采工作面瓦斯涌出量100m3/min以上。

3 解决的办法

实际考察并测出沿煤层走向分布、倾向分布、垂直煤壁方向，在工作面三维空间内瓦斯的浓度分布。

3.1 沿煤层走向的瓦斯浓度分布状况

为了掌握综采工作面和采空区瓦斯涌出规律，使测定结果更具科学性和代表性，并真实反映工作面风流中瓦斯实际情况，沿工作面进风侧每隔45m建立一个测站，依次A、B、C、D、E，在每个测站从煤壁至采空区均匀布置5个测点[1]，共25个测点；在进、回风巷距采面15m左右各布置一个测点。测量采面瓦斯浓度分布时，测量时间分别选在采煤机刚割完1刀煤时（采煤机在进风口处）和检修班进行。此时工作面不受割煤影响，相对稳定。表1和表2即为生产班和检修班的瓦斯浓度测定数据。

根据14205综采面的表1和表2，绘制出瓦斯浓度沿走向分布的图1和图2。从图1、2看出，采面瓦斯浓度从进风侧至回风侧逐渐增大。进风到采面中部范围内瓦斯浓度变化不大，采面中部到回风上隅角瓦斯浓度增加较快，尤其是靠近回风侧30m范围内瓦斯浓度较高，在采煤机割煤时瓦斯浓度就很容易超限，需要采取有效措施降低回风巷的瓦斯浓度,以保证14205工作面的安全生产。

造成这种分布规律的原因是：进风流的一部分经过采场时漏入采空区，再从采空区后半段又逐渐返回到工作面，并将采空区的较高浓度瓦斯带进工作面，使工作面瓦斯浓度逐渐增高[2]。理论和实践表明，靠近回风隅角从采空区返回的风量最大，带出的瓦斯量也大，致使上隅角附近瓦斯浓度增高，这就是上隅角瓦斯容易超限的原因。

表1 14205综采面生产班瓦斯浓度分布测定数据表

表2 14205综采面检修班瓦斯浓度分布测定数据表

3.2 沿煤层倾斜方向的瓦斯浓度分布状况

根据14205综采面的表1表2，绘制出瓦斯浓度沿煤层倾向分布的图3和图4（测点为从煤壁至采空区）。

由图3、4看出，从煤壁至采空区（支架尾）瓦斯浓度呈现高、较高、低、较高、高的分布趋势，即在煤壁和采空区之间有一个瓦斯最低点，最低点的位置在采面的不同位置有所不同。在沙曲矿U+L（两进一回）型通风方式下，最低点大致出现在离采空区1/4～1/3处；此处的瓦斯浓度最低点即是煤壁与采空区瓦斯涌出的分界点。根据相关实验及观测数据结果显示，U+L型通风情况下，采空区涌出到工作面的瓦斯涌出量小于U型通风时瓦斯涌出量，其原因是两进一回使采空区的压差减小。从图3、4看出，上隅角附近是采面瓦斯浓度较高的区域，是采空区瓦斯涌出到采面主要通道，因此防止上隅角瓦斯超限是工作面瓦斯治理的重点。

图1 14205综采工作面生产班走向方向瓦斯浓度分布

图2 14205综采工作面检修班走向方向瓦斯浓度分布

图3 14205综采工作面生产班倾向瓦斯浓度分布

3.3 沿煤层高度方向的瓦斯浓度分布状况

在工作面空间，沿煤层高度方向分为上、中、下三个测区。根据14205综采面的瓦斯浓度空间分布测定数据绘制出瓦斯浓度在空间上的分布，见图5和图6。研究表明，在工作面上风口段、中部的瓦斯浓度在空间分布上从上到下差异较小，而靠近尾巷处差异比较大。这是主要由于风流从进风侧经过采场时，有一部分风流至采面中部逐渐漏入采空区，漏入采空区的风流从工作面的后半段又逐渐返回到工作面，并将采空区的较高浓度瓦斯带进工作面，使工作面瓦斯浓度逐渐增高，在空间分布上有较大的变化。理论和实践表明，靠近回风上隅角从采空区返回的风量最大，带出的瓦斯量也大，致使上隅角附近瓦斯浓度增高，空间分布差异也较大[3]。

图5 14205综采工作面检修班瓦斯浓度空间分布

图6 14205综采工作面生产班瓦斯浓度空间分布

4 结论

由上述瓦斯实测数据及图形可知：高瓦斯综采工作面在沿煤层走向靠近回风侧的瓦斯浓度较高，主要原因是采空区漏风回到工作面携带的瓦斯造成的，此处可以采用上隅角埋管治理。沿煤层倾向在离采空区1/4～1/3处瓦斯浓度较低，此处可做为综面瓦斯涌出和采空区瓦斯涌出的分界处。沿煤层高度方瓦斯浓度分析知，靠近回风侧瓦斯浓度较高，其主要原因仍是采空区漏风回到工作面携带的瓦斯所致。测出进出的风量，就可预测综采面的瓦斯涌出量。

文中所用方法可以准确测定综采工作面各种瓦斯涌出源涌出量大比例以及瓦斯浓度分布规律,且其方法简单易行、便于推广。

14205 工作面实测数据表明,邻近煤层、采空区、围岩瓦斯涌出量占60%，煤壁瓦斯涌出量占40%。工作面进入正常回采期时,瓦斯大部分来自于回采过程中的邻近层。工作面宜采用走向高抽巷抽采工作面及邻近层瓦斯。工作面上隅角瓦斯问题严重，在双巷布置的条件下，采用U+L（两进一回）有利于综采面瓦斯的治理。

〔1〕郭奉贤，魏胜利.矿山压力观测与控制［M］.北京：煤炭工业出版社，2005.

〔2〕贾宝财，刘振宇.U型通风方式采煤工作面上隅角瓦斯处理方法［J］.煤炭技术，2005，27（5）：88-89.

〔3〕凌志迁，杨胜强，王义江，等.许家林.大采长综放面瓦斯来源及浓度分布测定及分析［J］.能源技术与管理，2007,（2）:1-5.

Study on Gas Concentration Distribution Law in Fully-Mechanized Mining Working Face

LI Xia,Lu Qian,Zhu Yao-jie,Zhao Yao-jiang
（College of Mining Engineering,Taiyuan University of Technology,Taiyuan Shanxi 030024,China）

Shaqu Mine is a high gassy mine （its14205 working face has up-down adjacent layers and adjacent gobs）.The gas outflow from the gobs is above60%,which will cause the gas ultra-limit in entry corner and threaten the safety in work faces.The study on gas concentration distribution law is important to the gas control and prediction of its emission volume in fully-mechanized mining working face.

high gassy,fully-mechanized mining working face,gas concentration distribution

TD712+.52

A

1672-5050（2010）03-0054-03

2009-11-18

李 霞（1982—），女，河南安阳人，在读硕士研究生，从事煤矿安全方向研究。

徐树文