矿井瓦斯灾害为制约矿井安全生产的主要问题之一,工作面回风巷和上隅角瓦斯超限,给矿井安全生产造成极大的威胁
[1,2]。瓦斯涌出规律及分布特征是工作面是否合理配风的重要参数,又是进行瓦斯防治的重要依据。瓦斯涌出规律受工作面风流流场的控制,将形成一定的瓦斯分布特征
[3,4]。考虑到工作面瓦斯涌出及分布特征在不同抽采配置参数条件下极具复杂性,本文主要研究高抽巷下瓦斯分布及采场瓦斯运移规律以期为现场治理工作面瓦斯提供指导。
1 工作面概况
某矿401101平均厚度23.5m,采用分层综采放顶煤采煤法,工作面通风方式U型+高位巷处理采空区瓦斯技术方式;最大绝对瓦斯涌出量为45.8 m3/min,高位巷内错回风巷30m。
2 工作面瓦斯分布测定
2.1 测点布置
401101工作面沿风流方向布置9个测量断面,分别位于7,19,31,43,55,67,79,91,103
#架处,每个测量断面走向等距设立5个测点,分别位于煤壁、前溜子、支架前、支架中部、支架后,垂直方向等距布置3个测点,各测量断面均布置15个测点,如图1所示,运用便携瓦检仪测定每个测点的瓦斯体积分数,测定顺序统一由上而下、由煤壁到采空区方向进行。
2.2 工作面横断面瓦斯分布特征
据测量数据,沿垂向取3个测点的均值,得到各横断面的瓦斯体积分数分布如图2所示。
图2 各横断面的瓦斯体积分数分布
从图2中分析出,在19
#支架前靠近进风下端口这段距离内,新鲜风流稀释作用瓦斯体积分数分布相对比较均匀,距进风巷下端口20m范围内,瓦斯体积分数介于0.08%~0.12%之间;31
#支架之后范围内,各横断面瓦斯体积分数呈不对称“凹状”分布,综放面从煤壁至采空区(支架尾)瓦斯体积分数呈现由高到低、再由低到高的分布趋势,在煤壁和采空区间存在一个瓦斯体积分数最低点,且此点位置随距进风下端口距离的增大逐渐向煤壁移动;在7
#~19
#支架范围内架后测点的瓦斯体积分数最低,31
#~55
#支架范围内,支架中部的瓦斯体积分数最低,最低点位置距离煤壁3.8m,67
#支架之后各断面的瓦斯体积分数最低点均在前溜子处;整体来看,靠近煤壁的瓦斯体积分数始终最高,表明高抽巷抽采下,瓦斯主要来源于工作面煤壁和落煤; 91
#支架处瓦斯体积分数高于103
#支架处,因高抽巷负压抽采作用导致大量含瓦斯风流在此处聚集,导致局部瓦斯体积分数突然升高。
2.2 工作面沿倾向瓦斯分布特征
从图3中可看出,工作面沿风流方向瓦斯体积分数分布不均匀,瓦斯涌出沿风流方向逐渐叠加,瓦斯体积分数沿程总体呈逐增趋势,局部有上下起伏变化,介于0.06%~0.50%之间;高抽巷位置附近,即距回风巷30m左右位置,瓦斯体积分数发生“陡增”现象,其主要原因是在高抽巷负压抽采作用下,漏入采空区的风流绝大部分经高抽巷抽出,携带高浓度瓦斯的风流在此处聚集,致使瓦斯体积分数相对增高,出现一个明显的峰值点。
7
#~19
#支架范围内瓦斯体积分数较低且变化不大,因支架处挂设有风帘,在19
#支架后,瓦斯体积分数增加较快,尤其是靠近回风侧20m范围内瓦斯体积分数介于0.4%~0.5%之间,主要原因是:风流从进风侧经过采场时,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至工作面,将采空区较高浓度瓦斯带进工作面,致使上隅角附近瓦斯浓度增高,导致上隅角瓦斯容易超限。高抽巷抽采负压对气流的导向作用导致回风侧