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《工業安全與環保雜志》2015年第十期

綜合機械化采煤方法具有高產高效等特點，是現代化礦井普遍采用的技術途徑，已經在全國范圍內得到全面推廣，深入研究綜采工作面瓦斯來源及分布規律對礦井瓦斯治理具有重要的指導作用。目前國內外學者主要通過計算機模擬的方法分析工作面瓦斯涌出來源與分布規律，但是由于采空區流場的復雜性，很多模擬計算需要的參數很難確定，模擬得到的結果與現場差別很大，本文基于單元測定法，實測分析綜采工作面瓦斯來源及分布規律。

1測定方法

單元法測法是將待測試的工作面劃分為若干個測試單元，測試每個單元體的進、出口風量和進出斷面瓦斯濃度，然后通過計算，得出整個回采工作面不同瓦斯涌出源的瓦斯涌出量。

1．1測定原理測點地點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個測站，將工作面劃分為15個單元，圖1為工作面單元劃分，每個測站從采空區至煤壁方向均勻布置5個測點，測點布置如圖2所示。測定每個斷面的進、出瓦斯濃度和單元斷面的進出風量，在進、回風巷距切眼20m處各布置一個測站，測量在不同條件下的瓦斯濃度和風量。綜采工作面瓦斯平衡和風量示意圖如圖3所示。根據各單元的瓦斯平衡方程、風量平衡方程可計算出每個單元:①采空區的漏風量;②采空區的瓦斯涌出量、煤壁及采落煤炭瓦斯涌出量。

1．2測定步驟(1)將15102綜采工作面沿傾斜長度劃分為15個單元，使用目前煤礦常用的安全儀器測定設計位置的瓦斯濃度和風速。(2)測定每個單元的進、出風量。(3)測定每個單元進、回風斷面由采空區至煤壁各測點的瓦斯濃度。(4)根據風量平衡方程、瓦斯平衡方程，計算每個單元的煤壁、采落煤體及采空區的瓦斯涌出量。

2現場實測及數據分析

2．1綜采面實測數據根據單元法原理，對15102綜采工作面進行了實測，實測數據見表1。

2．2綜采面實測數據根據單元法測試方法，對15102綜采工作面測試數據進行了處理，結果見表2。對實測數據處理得到:q1=0．838m3/min(采空區的瓦斯涌出量);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)。對表2中的實測數據處理結果進行分析可知:采空區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，在采用通風方式治理煤壁及落煤瓦斯的同時，還應加強煤層瓦斯抽放力度。

3工作面瓦斯涌出分布規律研究

3．1垂直煤壁方向瓦斯濃度分布規律在工作面始端，如圖4所示，靠近進風側，即測站1處，從煤壁→落煤處→人行道→立柱中間→采空區，瓦斯濃度緩慢下降，采空區處瓦斯濃度較煤壁處略低，但相差不大，另外，人行道、立柱中間、落煤處的瓦斯濃度與采空區處瓦斯濃度相差不大，略低于煤壁位置。這是由于測站1處煤壁位于工作面進風側風流的拐角處，此處風速較大，風流處于紊流狀態，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速與之相比較低，瓦斯濃度稍高，但不明顯。靠近采空區的區域由于采空區漏風，瓦斯主要向采空區運移，從而使該處的瓦斯濃度也不高。在工作面中部，如圖5所示，在測站9～10處，從煤壁→落煤處→人行道→立柱中間→采空區，瓦斯濃度基本上呈上升的趨勢，呈拋物線型。這是因為在工作面中段，煤壁處風速比截面中部風速低，因此，在煤壁處瓦斯濃度比立柱中間和人行道處高。此外，在靠近采空區的區域，風流開始將采空區的瓦斯帶入工作面，故而此處瓦斯濃度比人行道及立柱中間要高。在工作面末端，如圖6所示，在測站15處，煤壁→落煤處→人行道→立柱中間→采空區，存在煤壁、落煤、頂底板和采空區瓦斯涌出源，漏風方向由采空區漏入工作面，大量瓦斯從上隅角進入工作面，而采空區瓦斯濃度高于立柱及人行道，而煤壁處處于工作面轉折點，工作面產生的瓦斯都經該區域進入回風巷，故該處瓦斯濃度最高。根據現場測試數據，得到瓦斯濃度沿工作面傾斜方向的分布規律，如圖7所示:沿工作面傾斜方向，在1～8測站區域，斷面平均瓦斯濃度呈上升趨勢;在9～14測站區域，斷面平均瓦斯濃度逐漸下降;在14～16區域，斷面平均瓦斯濃度急劇上升。

3．2工作面沿傾斜方向瓦斯濃度分布規律根據黃巖匯煤礦提供的相關資料，可知102高抽巷位于距離回風巷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瓦斯。高抽巷位于測點11正上方附近區域，部分卸壓瓦斯和采空區瓦斯通過裂隙帶被高抽巷抽采，使得該區域附近瓦斯濃度相對較低，與圖7中瓦斯濃度分布基本吻合。

4采空區瓦斯分布規律分析

受煤層開采影響，煤、巖體的壓力平衡狀態被破壞，靠近采空區側的煤體卸壓，大量瓦斯由吸附狀態變成游離狀態;煤體在卸壓過程中產生了各種方向的裂隙，當這些裂隙與采空區溝通，形成了向采空區排放瓦斯通道。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，同樣在采空區靠近原進、回風巷道一定范圍內，受到預留煤柱支撐的影響也存在一個裂隙發育區，這些區域是瓦斯的理想通道。工作面瓦斯濃度的分布受采空區漏風量大小影響較大，通過分析工作面瓦斯濃度測試結果，可得到采空區漏風情況;通過對測試數據分析可知，靠近進風側部分風流由工作面漏入采空區，在工作面中段風流開始將采空區瓦斯帶入工作面，靠近回風側漏風方向由采空區通過上隅角漏入工作面。工作面采空區瓦斯濃度分布示意如圖8。由圖8可知:在測點1～10區域采空區瓦斯濃度基本上呈現上升趨勢，這是因為在該區域前端工作面向采空區的漏風量逐漸減少，在該區域后端采空區向工作面漏風，瓦斯也隨著漏風量、漏風方向進行相應的變化。在測點11～12區域，采空區瓦斯濃度相對其兩端區域較低，并且瓦斯濃度變化不大，這是因為高抽巷處于區域11上方，部分瓦斯通過裂隙帶被高抽巷抽走。在14～15區域，瓦斯濃度明顯上升，這是因為此處為上隅角所在區域，采空區瓦斯通過上隅角大量進入工作面，導致該區域瓦斯濃度突然上升。

5結論

(1)提出了通過單元法測試綜采工作面瓦斯來源及分布規律，并詳細闡述了單元法的測試原理及測試步驟。(2)采空區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，在采用通風方式治理煤壁及落煤瓦斯的同時，還應加強煤層瓦斯抽放力度。(3)從15102工作面瓦斯平均濃度變化可知，在工作面上隅角區域，風流經上隅角帶出大量采空區瓦斯，致使采空區瓦斯進入工作面，引起工作面瓦斯劇烈變化，故應該針對上隅角采取專門的瓦斯防治措施。

作者：賀化平 單位：河南神火集團有限公司薛湖煤礦