采空区瓦斯运移规律与治理技术研究

蒋 磊

(晋能控股集团 投资计划部，山西 大同 037000)

1 工程概况

同煤集团煤峪口矿81004工作面位于410盘区，北部为81002工作面采空区，东部为井田边界保护煤柱，西部为410盘区大巷。工作面上覆为11-12号煤合并层采空区，与81004工作面间的间距为0.8～12.5 m，工作面切眼长度140.3 m，可采长度为885 m，开采14-2号煤层，平均厚度2.97 m，平均倾角2°。顶板岩层为细砂岩和砂质泥岩，底板岩层为细砂岩和泥岩。根据矿井地质资料可知，14-2号煤层与其上邻11-12号煤层属近距离煤层，其上部煤层已回采完毕，采空区内积存着大量瓦斯，瓦斯总量约为207 925 m3，81004工作面回采期间上覆采空区的瓦斯会涌向工作面区域，为有效治理工作面回采期间涌出的瓦斯，进行采空区瓦斯治理技术研究。

2 采空区瓦斯运移规律

2.1 建立数值模型

为有效分析81004工作面回采期间采空区的瓦斯运移规律，基于工作面的地质条件，采用Fluent数值模拟软件，建立数值模拟模型，模型中设置工作面开切眼和回采巷道，其中设置进风巷和回风巷的长×宽×高=120 m×4 m×3 m，工作面的长度设置为140 m。为方便研究作业的进行，模型中仅考虑采空区漏风、瓦斯抽采系统及回风巷对采空区内瓦斯分布规律的影响[1-2]，假设14-2号煤层工作面回采巷道及采空区在倾斜方向内错11-12号合并层采空区两侧各4 m。根据垮落带高度的计算公式为：

(1)

式中：h为煤层厚度，m；Kp为垮落到采空区岩层的碎胀系数；△为回采不彻底遗煤引起的充填厚度；c为总采出率；km为垮落顶煤碎胀系数。

基于上述数据能够计算得出11-12号合并层和14-2号煤层开采后垮落带的高度分别为31.98 m和49.2 m，进一步结合采空区覆岩运动规律的相似模拟结果，确定采空区上覆岩层各带的分布形式见表1，具体数值模型结构示意如图1所示。……