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煤炭与化工 Co al and Chemical Industry 第43卷第5期 2020年5月 Vo l.43 No .5 May 2020 煤矿安全环保与煤炭加工 U形通风综采工作面瓦斯浓度分布规律研究 张杰斌 山西焦煤集团西山煤电屯兰煤矿，山西太原030052 摘 要为进一步掌握U型通风综采工作面的瓦斯浓度分布规律，本文以屯兰矿12508 X作 面为研究对象，提出了工作面瓦斯浓度现场监测试验方案，试验结果表明，沿工作面走向从 进风侧到回风侧，瓦斯浓度逐渐升高，在回风上隅角达到最高浓度0.63；沿工作面倾向从煤 壁侧到采空区侧，瓦斯浓度呈“高T氐一高”变化规律。因此，为防治回风上隅角瓦斯超限， 应从优化通风方案、吊挂风帐、采空区埋管、减小压差等方面入手进行瓦斯治理。 关键词U型通风；瓦斯浓度；分布规律；试验 中图分类号TD712 文献标识码B 文章编号2095-5979 202005-0119-03 Study on gas concentration distribution in u-shaped ventilation fully mechanized coal face Zhang Jiebin Xish an Coal Power Tunl an Mine, Sh anxi Coking Coal Group, Taiyuan 030052, Ch ina Abstract In o rder to f urther g rasp the g as co ncentratio n distributio n law o f the Uventilatio n co mprehensive mining w o rking surf ace, 12508 w o rking f ace o f Tunlan Mine w as taken as the study backg ro und, and the o n-site mo nito ring test plan o f the g as co ncentratio n o f the w o rk surf ace w as pro po sed, the test results sho w ed that the g as co ncentratio n g radually increased alo ng the w o rk surf ace f ro m the inlet side to the return side, and reached the hig hest co ncentratio n o f 0.63 in the co mer o f the return w ind; the tendency o f the w o rk surf ace f ro m the co al w all side to the side o f the mining area, the g as co ncentratio n sho w ed the **hig hlo whig h1 chang e law . Theref o re, in o rder to prevent and co ntro l the return w ind o n the co mer o f the g as o ver the limit, sho uld be o ptimized f ro m the ventilatio n pro g ram, hang ing w ind tent, buried pipe in the mining area, reduce the pressure dif f erence and o ther aspects o f the g as manag ement. Key w o rds Ushaped ventilatio n; g as co ncentratio n; distributio n pattern; test 0引 言 我国各地的煤层地质赋存条件差异较大，煤层 中的瓦斯气体以吸附和游离形式广泛存在，对于中 高瓦斯矿井，气体压力达数十兆帕。在未被开采 时，煤层内气体压力处于平衡状态，而当煤层被 采掘作业破坏后，压力平衡被打破，煤岩中的裂隙 为瓦斯的流动提供了良好的通道，瓦斯将自发地从 煤层中的高浓度区域向工作面等低浓度区域扩散。 随着国内煤炭装备技术的快速发展，井下综合 机械化采掘技术也随之快速成熟，目前已在国内各 大煤矿广泛应用。煤炭综采技术具有产量大、成本 低、效益高、安全性好等优势。但由于综采技术的 煤炭开采效率高，因此工作面的推进速度加快，导 致瓦斯涌出量增大、且不均匀分布，从而增加了工 作面、回风上隅角等位置的瓦斯体积分数，尤其在 通风风流覆盖不充分的区域，更容易发生局部瓦斯 超限，甚至瓦斯爆炸，造成人员伤亡和巨大经济损 失冋。本文将结合屯兰矿12508工作面U型通风 方式的实际状况，对其工作面的瓦斯浓度分布进行 研究。 1综采工作面瓦斯来源 研究发现，综采工作面的瓦斯来源主要包括已 责任编辑高小青 DOI 10.19286/ki.cci.2020.05.035 作者简介张杰斌1988-,男，山西古交人，助理工程师。 引用格式张杰斌.U形通风综采工作面瓦斯浓度分布规律研究[J].煤炭与化工，2020, 43 5 119-121, 124. 119 2020年第5期 煤炭与化工 第43卷 采落煤块的瓦斯涌出、工作面煤壁的瓦斯涌出和采 空区内瓦斯涌出3个部分，如图1所示。第一和第 二部分的瓦斯涌出量一般较小，正常通风条件下， 不会对工作面的瓦斯浓度分布产生过大影响；第三 部分的瓦斯来源构成复杂，包括采空区内遗留落煤 的瓦斯涌出、塌落顶板及围岩中的瓦斯涌出、采空 区内受采动影响的周边围岩瓦斯涌出，当采掘效率 提高、工作面推进速度加快时，以上3部分的瓦斯 涌出量将出现较大提升，不利于工作面的瓦斯浓度 控制。 另一方面，由于巷道和工作面进行强制通风， 风速较大，采空区和工作面之间的空气压差进_步 增大，更容易使采空区内的瓦斯向工作面扩散叫 采空区内遗留 落煤的瓦斯涌 出 扇落顶板及區 昔中瓦斯涌出 采空区内受采 动影响的周边 封岩瓦斯涌出 图1综采工作面瓦斯来源 Fig . 1 So urce o f g as in f ully mechanized mining f ace 2 U形通风方式结构特点 u型通风方式结构简单，施工作业量小，维护 简单，因此广泛应用在各低瓦斯矿井工作面。其结 构形式如图2所示，主要由进风巷、工作面和回风 巷组成，新鲜风流由进风巷进入，夹带工作面的 瓦斯气体等由回风巷排出，保证工作面的新鲜风 流充足。 图2 U型通风方式结构 Fig . 2 U-shaped ventilatio n structure 但u型通风方式也存在以下缺点。 1 新鲜风流由进风巷末端附近漏入采空区， 然后携带采空区一定深度范围内的瓦斯气体从工作 面与回风巷交接区域漏出，进入工作面和回风巷, 增大了两区域的瓦斯浓度。 2 根据空气动力学原理，风流在风阻较大 的转角位置易产生涡流，而回风巷上隅角的涡流将 导致从采空区漏出的高浓度瓦斯气体聚集不散，可 能引起上隅角瓦斯浓度超限*叫 3工作面瓦斯浓度监测试验布置 3.1工作面通风概况 屯兰矿12508 I作面，断面尺寸为5.2 mx 4 m,走向长度250 m,采用U型通风方式，轨道巷 为进风巷，胶带巷为回风巷。根据12507工作面回 采期间瓦斯涌出量分析，12508工作面回采期间绝 对瓦斯涌出量35 m7min,自燃倾向性为II类自燃 煤层，其中抽采率按75计算，风排瓦斯量为 8.75 m7min, 12508工作面通风任务主要由白草塔 通风机负担。主要进回风路线如下 地面一白草塔进风立井一南五胶带巷一12508 轨道顺槽一工作面一12508皮带顺槽一回风措施 巷一 南五瓦斯治理巷一白草塔回风井一地面。 3.2测量点选择 为进一步研究工作面的瓦斯浓度实际分布状 况，在工作面不同位置使用瓦斯传感器进行测量, 测量点的选择如图3所示，液压支架中心距为1.5 m,每隔20个液压支架选择1处测量断面，共8 处断面，每个断面在高度中间位置等间隔取5 5个测 量点，总共进行40个点的测量。测量时机选择采 煤机回采结束后，为保障测量安全，不得在采煤机 迎头位置进行测量。 回风巷 I 1 II 1 III 1 IV I V 1 VI 1 VIIVIII IIIImiIIVIVIVIIVIIVIII 进风巷 a测量断面选择 b测量点选择 图3工作面瓦斯测量点的选择 Fig . 3 Selectio n o f g as measuring po int in w o rking f ace 液压支架 测量点 120 张杰斌U形通风综采工作面瓦斯浓度分布规律研究2020年第5期 4试验结果分析 4.1沿工作面走向瓦斯浓度分布规律 首先对沿工作面走向的瓦斯浓度分布进行研 究，每个断面取5处测量点的平均值，结果见表 1,可见工作面的瓦斯浓度从进风一侧到回风一侧 逐渐升高，但是在前半部分的上升较为缓慢，而后 半部分上升较为明显。这主要由于进风一侧为新鲜 风流，且风量较大，对瓦斯的稀释效果较为明显， 因此瓦斯浓度偏低，浓度仅为0.128；而在风流 流过工作面过程中，向采空区的漏风及工作面内设 备的风阻都造成风量的显著减少。另一方面各来源 不同的瓦斯仍源源不断地汇入风流当中，造成其瓦 斯体积分数增大，因此瓦斯浓度逐渐升高，最高至 0.63。另外，前半部分上升缓慢也说明该部分的 瓦斯来源主要是煤壁瓦斯涌出和落煤瓦斯涌出，涌 出量相对稳定；而新鲜风流在前半部分漏入采空区 后，将采空区内的高浓度瓦斯从后半部分吹出，导 致后半部分的瓦斯浓度加速上升，后半部分的瓦斯 来源主要是煤壁瓦斯涌出、落煤瓦斯涌出和采空区 瓦斯涌出3部分。 表1沿工作面走向的瓦斯浓度分布数据 Table 1 Gas co ncentratio n distributio n data alo ng the w o rking f ace 测量断面编号瓦斯浓度/ I-I0.128 n-n0.158 n-in0.21 IV-IV0.264 V-V0.318 VI-VI0.394 Vi-vn0.492 Vf f l-WI0.63 4.2沿工作面倾向瓦斯浓度分布规律 图4为各测量断面的瓦斯浓度分布图，从煤壁 一侧到采空区一侧，总体变化规律是“高一低一 高”，这也说明在靠近瓦斯来源位置，即煤壁和采 空区，瓦斯浓度将升高，而在巷道中间位置附近， 由于风流流速较大，且瓦斯来源影响较小，因此瓦 斯浓度最低。在断面［中，瓦斯浓度最小点并非正 中心位置，而在稍靠近采空区处，主要因为其靠近 进风巷，因此风量较大，且存在向采空区的漏风； 与之相反，断面vm的瓦斯浓度最小点靠近煤壁一 侧，主要是受回风上隅角的影响，回风上隅角一方 面在受采空区漏风作用下，瓦斯浓度易于升高，另 一方面受涡流效应影响，瓦斯不易扩散，最终导致 该位置的瓦斯浓度偏高。 到煤壁的距离/m 图4各测量断面的瓦斯浓度分布 Fig . 4 Distributio n o f g as co ncentratio n in each measured sectio n 5工作面瓦斯防治措施 为提高工作面瓦斯浓度控制能力，防止回风上 隅角等局部位置瓦斯超限，应从以下4个方面进行 控制。 （1 ）科学、合理地计算和确定工作面的配风 量，并根据实际的瓦斯浓度控制情况，对配风量和 通风方案进行及时调整。 （2） 采用在综采工作面进风隅角吊挂风帐等 措施，减少向采空区的漏风，从而减小采空区向回 风上隅角的瓦斯涌出量，积极监测和防治该位置的 瓦斯浓度超限问题。 （3） 在工作面推进过程中，将瓦斯抽放管道 预埋在采空区回风巷位置，然后利用瓦斯抽放系统 将采空区内的瓦斯气体抽出。 （4） 监测采空区与工作面之间的压差，设置 均压措施，减小两区间的压差值和波动范围，从而 减少漏风和瓦斯涌出。 6结语 针对工作面U型通风方式容易出现的回风上 隅角瓦斯浓度超限等问题，本文首先分析了工作面 的瓦斯来源和U型通风方式的优缺点，然后对屯 兰矿12508工作面的通风布置及瓦斯测试试验的测 量点选择等进行了介绍，对测量结果的研究表明， 工作面内瓦斯浓度沿走向逐渐升高，沿倾向在靠近 煤壁和采空区位置瓦斯浓度高，尤其在回风上隅角 位置的瓦斯浓度最高，在此基础上，提出了工作面 瓦斯防治措施。本文研究内容对煤矿U型通风 方式的瓦斯分布研究和治理具有积极参考价值。 （下转第124页） 121 2020年第5期煤炭与化工第43卷 轻合金材料，安装牢固可靠。并具备防伪标条码。 参考文献 [1] 中国法制出版社.煤矿安全规程[M].中国法制出版社, 2016. 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