特厚煤層綜放工作面瓦斯涌出規(guī)律研究

特厚煤層綜放工作面瓦斯涌出規(guī)律研究

高粘度氣體開采的工作面和上角氣體易于穿透，對(duì)礦山的安全生產(chǎn)有重大影響。面對(duì)如此嚴(yán)重的問題，礦山通常采取預(yù)鉆和高洞鉆孔等措施，并取得了良好的效果。但由于礦井條件存在差異性,同一措施在不同礦區(qū)、礦井的治理效果存在差異,因此礦井瓦斯治理措施的效果檢驗(yàn)十分必要,而瓦斯涌出規(guī)律能夠較為直接地反映出礦井瓦斯治理現(xiàn)狀,因此開展天池公司103工作面瓦斯涌出規(guī)律分析非常重要。1屋頂層的遍布法1.1工作面瓦斯?jié)舛茸兓膮^(qū)域分布103工作面在進(jìn)風(fēng)巷與回風(fēng)巷之間由于受到采煤機(jī)、支架等阻力的影響,加之風(fēng)流經(jīng)過下隅角及工作面中部會(huì)有部分漏入采空區(qū),導(dǎo)致有煤壁及落煤產(chǎn)生的瓦斯?jié)舛仍诖诉^程中呈現(xiàn)出一種分區(qū)動(dòng)態(tài)的變化規(guī)律,即瓦斯?jié)舛任⑿∽兓瘏^(qū)、瓦斯?jié)舛茸兓黠@區(qū)及瓦斯?jié)舛茸兓訌?qiáng)區(qū)。瓦斯?jié)舛任⑿∽兓瘏^(qū)的范圍主要集中在進(jìn)風(fēng)巷向工作面中部20m左右的區(qū)域,瓦斯?jié)舛茸兓黠@區(qū)主要集中在工作面40~100m范圍內(nèi),瓦斯?jié)舛茸兓訌?qiáng)區(qū)主要集中在工作面靠近回風(fēng)巷的區(qū)域,如圖1。在工作面回采過程中,不同回采期所對(duì)應(yīng)的區(qū)域范圍與其中高濃度瓦斯集中區(qū)有所不同,如初采期上隅角瓦斯?jié)舛仍诔醪善谟捎诤蟛坎煽諈^(qū)中阻力較小,雖然有瓦斯尾巷為其分擔(dān)瓦斯壓力,但由于回風(fēng)巷風(fēng)量大及漏風(fēng)線路段,風(fēng)流漏入采空區(qū)后將采空區(qū)中的瓦斯帶出至上隅角,導(dǎo)致上隅角瓦斯?jié)舛仍诖似陂g較回風(fēng)巷及工作面而言略高,從而導(dǎo)致該回采期上隅角瓦斯超限,而進(jìn)入正?；夭善诤?采空區(qū)冒落使得其中阻力增大,采空區(qū)中大部分高濃度瓦斯都進(jìn)入瓦斯尾巷,由于漏風(fēng)帶到上隅角的瓦斯量大大減少。因此,在采用“U+L”型通風(fēng)方式時(shí),工作面及瓦斯尾巷的合理風(fēng)量,是解決上隅角瓦斯超限問題的主要方法之一。1.2瓦斯歷史分布的動(dòng)態(tài)變化“U+L”型通風(fēng)方式的工作面,其瓦斯?jié)舛茸兓擅罕谙蛑Ъ芮许斁€方向呈“V”型分布規(guī)律,即靠近煤壁及靠近采空區(qū)處瓦斯?jié)舛容^高,兩者之間存在一個(gè)最低點(diǎn),且此最低點(diǎn)的位置隨著工作面回采時(shí)期的不同而不同,其變化趨勢(shì)如圖2。在“U+L”這種通風(fēng)方式下,由于采空區(qū)中被風(fēng)流帶出的部分瓦斯經(jīng)過瓦斯尾行分流,但不同時(shí)期由于瓦斯尾巷起到的作用不同,導(dǎo)致瓦斯?jié)舛茸畹忘c(diǎn)位置出現(xiàn)動(dòng)態(tài)變化,如工作面處于初采期時(shí),進(jìn)風(fēng)巷附近瓦斯主要由煤壁及落煤提供,工作面中部及回風(fēng)巷附近瓦斯主要由煤壁、落煤及采空區(qū)瓦斯涌出提供,其中采空區(qū)瓦斯涌出在其中占比較高,因此使得在工作面初采期進(jìn)風(fēng)巷附近瓦斯?jié)舛鹊淖畹忘c(diǎn)偏向于采空區(qū),工作面中部及回風(fēng)巷附近則偏向于煤壁;隨著工作面的不斷推進(jìn),到達(dá)正常回采期時(shí)工作面中部及回風(fēng)巷附近的瓦斯最低點(diǎn)向采空區(qū)方向移動(dòng),這主要是因?yàn)樵谠摃r(shí)期采空區(qū)的垮落使得其中阻力增大,由采空區(qū)涌出的瓦斯量降低所致。2采空區(qū)瓦斯?jié)舛确植疾煽諈^(qū)隨著回采逐步形成,其中包括遺煤及垮落的上覆巖層構(gòu)成,可以看做多孔介質(zhì)區(qū)域,瓦斯氣體在其中的運(yùn)移可用流體力學(xué)的理論進(jìn)行分區(qū)考慮,一般情況下采空區(qū)中部及靠近工作面處為紊流區(qū)及過渡流區(qū),而壓實(shí)區(qū)為層流區(qū),其范圍比例大致可按1∶1∶3確定。采空區(qū)中根據(jù)瓦斯?jié)舛茸兓闆r可在橫向上劃分出低濃度微波動(dòng)區(qū)、高濃度高波動(dòng)區(qū)及高濃度微波動(dòng)區(qū)。3個(gè)區(qū)域的劃分范圍分別為采空區(qū)距工作面19~31m,平均25m范圍,在此范圍中瓦斯?jié)舛仍?0%左右變化,只要是因?yàn)樵诖藚^(qū)域內(nèi)頂板垮落不完全,會(huì)形成平均10m左右的不垮落空間,風(fēng)流流經(jīng)下隅角進(jìn)入采空區(qū),由于此空間內(nèi)的阻力較小,漏風(fēng)會(huì)首先選擇通過這一區(qū)域,造成了對(duì)該區(qū)域內(nèi)瓦斯的混合稀釋,就是的該區(qū)域內(nèi)的瓦斯?jié)舛仍谝粋€(gè)較低的范圍內(nèi)變化,形成了瓦斯低濃度微波動(dòng)區(qū)。隨著采空區(qū)的深入,到距工作面31~51m,平均41m范圍,由于上覆巖層垮落的較為充分,但壓實(shí)程度不大,其中孔隙率在較大范圍內(nèi)變化,存在一定的摩擦阻力,使得風(fēng)流流經(jīng)此區(qū)域時(shí)攜帶瓦斯能力大幅下降,但由于壓差的存在,使得一部分瓦斯會(huì)隨風(fēng)流流入回風(fēng)及尾行,另一部分瓦斯則會(huì)繼續(xù)留在采空區(qū)的該空間中,使得此處瓦斯?jié)舛戎饾u增大,且變化范圍較寬,形成高濃度高波動(dòng)區(qū)。當(dāng)距離>51m進(jìn)入采空區(qū)深部后,瓦斯?jié)舛然旧暇S持在一個(gè)較高的且穩(wěn)定的變化范圍內(nèi),形成了高濃度微波動(dòng)區(qū)。在整個(gè)采空區(qū)縱向方向,存在著普遍的規(guī)律,即頂板處瓦斯?jié)舛缺鹊装逄幫咚節(jié)舛雀?這是由于瓦斯密度小于空氣密度,在風(fēng)流作用及自身浮力的作用下,瓦斯在采空區(qū)中會(huì)存在一種自然的升浮運(yùn)動(dòng),而在距離工作面較近的范圍內(nèi),其升浮作用對(duì)瓦斯運(yùn)動(dòng)的影響由于風(fēng)流的存在而表現(xiàn)的很微弱,使得在此區(qū)域內(nèi)頂板與底板處的瓦斯?jié)舛炔顒e不明顯。當(dāng)向采空區(qū)深部延伸后,由于其內(nèi)部多孔介質(zhì)的孔隙率發(fā)生劇烈的變化,使得其中通風(fēng)阻力有所增大,漏風(fēng)作用對(duì)其中瓦斯運(yùn)移的影響明顯減弱,此時(shí)瓦斯自身的升浮作用起到主導(dǎo)作用,使得在橫向的高濃度高波動(dòng)區(qū)內(nèi),縱向從頂板到底板出現(xiàn)明顯的瓦斯?jié)舛忍荻?即表現(xiàn)為底板濃度高于頂板濃度。當(dāng)距離超出高濃度高波動(dòng)區(qū)后,由于深度過大、漏風(fēng)速度較小及平衡時(shí)間較長(zhǎng)等原因作用,導(dǎo)致在此空間內(nèi)的瓦斯?jié)舛瓤v向分布差別不大。工作面回采過程中,會(huì)經(jīng)歷從初采期到正?；夭善诘倪^程,在該過程中煤層上覆巖層會(huì)發(fā)生周期性的破斷,即周期來壓。一般采空區(qū)的面積會(huì)隨著工作面的推進(jìn)而逐漸擴(kuò)大,當(dāng)老頂初次來壓前頂板會(huì)發(fā)生不規(guī)則的小范圍垮落,此時(shí)采空區(qū)瓦斯向工作面的涌出會(huì)發(fā)生一定的變化,但由于工作面的合理配風(fēng),不會(huì)對(duì)工作面造成太大的影響,而當(dāng)老頂發(fā)生初次來壓時(shí),由于頂板垮落面積的突然增大及采空區(qū)中瓦斯的積累,使得采空區(qū)向工作面的瓦斯涌出劇增,使得采空區(qū)瓦斯涌出量出現(xiàn)峰值,但隨著工作面繼續(xù)向前推進(jìn),采空區(qū)項(xiàng)工作面的瓦斯涌出逐漸減小并達(dá)到一定程度的穩(wěn)定,直至發(fā)生下一次周期來壓,采空區(qū)瓦斯涌出量又會(huì)出現(xiàn)陡增的現(xiàn)象,在工作面的整個(gè)回采過程中此類現(xiàn)象成周期性出現(xiàn),但隨著工作面推進(jìn)的時(shí)間逐步增加,開采條件基本穩(wěn)定,因此,采空區(qū)瓦斯涌出量增大到一定值后也逐漸趨于穩(wěn)定。3瓦斯?jié)舛确植技訌?qiáng)區(qū)域分析1)工作面從進(jìn)風(fēng)巷到回風(fēng)巷瓦斯?jié)舛确植紝⑿纬赏咚節(jié)舛任⑿∽兓瘏^(qū)、瓦斯?jié)舛茸兓黠@區(qū)及瓦斯?jié)舛茸兓訌?qiáng)區(qū),各區(qū)范圍分別位于進(jìn)風(fēng)巷向工作面中部20m左右的區(qū)域,瓦斯?jié)舛茸兓黠@區(qū)主要集中在工作面40~100m范圍內(nèi),瓦斯?jié)舛茸兓訌?qiáng)區(qū)主要集中在工作面靠近回風(fēng)巷的區(qū)域。而且煤壁到切頂線范圍內(nèi)其瓦斯?jié)舛确植家?guī)律呈“V”型分布趨勢(shì),即在煤壁和采空區(qū)之間有一個(gè)瓦斯最低點(diǎn)。2)從切眼開始向前推進(jìn),根據(jù)瓦斯?jié)舛茸兓闆r采空區(qū)可在橫向上劃分出低濃度微波動(dòng)區(qū)、高濃度高波動(dòng)區(qū)及高濃度微波動(dòng)區(qū)。3個(gè)區(qū)域的劃分范