无煤柱开采中通风对瓦斯涌出的影响

【摘要】无煤柱开采代替留煤柱技术的大量出现，在提高回采率的同时也对煤矿安全生产提出了新的要求。通过对瓦斯来源的分析，分别阐述了在总压变化、风量变化及主扇停转对瓦斯涌出的影响，同时针对无煤柱开采作出了具体的分析，指出了漏风是影响瓦斯涌出量的关键因素。

【关键词】无煤柱；通风；瓦斯涌出

【中图分类号】TD82　3.8

【文献标识码】A

【文章编号】1672—5158（2012）10-0388-01

一、引言

留煤柱开采不但浪费煤炭资源，而且遗留在采空区中的煤柱也带来了煤炭自燃的安全隐患。无煤柱开采能够减少巷道遗煤，从根本上消除煤炭自燃的物质基础，同时也消除了煤炭自燃的隐患。为了解决高沼气易自燃煤层的无煤柱开采技术，许多矿区在加强矿井瓦斯地质研究的同时，对采场空气流动和瓦斯分布规律，也结合生产实际进行了观察实验和理论上的分析研究，制定出了高瓦斯煤层无煤柱开采时的安全技术措施。

二、瓦斯源的划分

为研究瓦斯涌出，把井下瓦斯涌出划分为直接源瓦斯和间接源瓦斯。所谓直接源瓦斯，是在煤（岩）体的吸附瓦斯，由于采掘工作影响吸附瓦斯解析后变成游离瓦斯，沿着煤（岩）体自身的空隙或裂隙中流懂，涌向巷道或采掘空间，与风流迅速混合后，被风流全部带走的瓦斯。很明显，采掘工作面和各通风巷道的煤（岩）壁以及碎落的煤块内放出的瓦斯，多属于这种类型。间接源瓦斯，就是煤（岩）体的吸附瓦斯，由于采掘工作影响而解吸后变成游离瓦斯，沿着煤（岩）体自身的孔隙或裂隙流动涌向巷道或采空区，由于种种原因不能与风流迅速混合，而是积存起来，或是以对流扩散的形式向附近巷道迁移，或是受井下大气条件变化而向附近巷道流动的瓦斯。不通风的旧巷和采空区的瓦斯涌出多属这种类型。显然，它的大小不等于煤（岩）体裂缝涌出的那部分瓦斯。由上可知，矿井风流中某一瞬间所携带的瓦斯量，不一等于矿井煤（岩）体在该瞬间所涌出的瓦斯量。

三、通风状况对瓦斯的影响

风流，是从过流断而总压（绝对静压、位压和速压之和）高的断面流向总压低的断面，而某过流断面总压的大小严格讲是不定的。两过流断面的总压差叫通风压力，其数值（包括量纲）等于通风阻力。当某段巷道的风阻一定时，通风压力的大小直接影响到通过风量的多少。既然通风的一个目的是排除瓦斯，那风是怎样影响瓦斯涌出的呢？下面给予分析。

1　总压变化叶对瓦斯涌出的影响

直接源瓦斯涌出量的大小，取决于煤体或碎块煤的沼气压力，渗透系数和瓦斯含量系数，同一煤体后两个系数的影响应是相同的，而煤体中瓦斯压力则是造成瓦斯泄出的原因。一般破碎煤块的瓦斯压力尚有0.2-0.3MPa，煤体内瓦斯压力则更大，可达8MPa以上。矿井风流中任一过流断面总压力的变化最多0.007-0.01MPa（如主扇突然停止运转），远小于煤体或破碎煤块内的瓦斯压力。因此，风流某断面上总压的变化不会引起直接源瓦斯涌出量发生明显变化。实测资料也证明了这一点。

间接源瓦斯涌出的大小，决定于积存瓦斯地点（如采空区、旧巷）空气总压同周围井巷总压的差。这个差可能是前者大于后者，也可能是后者大于前者，还有可能两者相等，即这个差值是正事负还是零，处于经常变动。而且一旦出现差值时，由于积存瓦斯地点的空气中瓦斯发生膨胀或压缩，总是向差值为零运动，趋于平衡。从不平衡走向平衡，据观测大约需要2-3mm时间。由于封闭不严的采空区或旧巷内，积存的瓦斯因外界有风流，总压下降发生膨胀是有限的，加之与通风巷井的联系巷道多，因此，封闭不严区域内瓦斯涌出点多，但每点量小、引起局部空间的瓦斯上升是不明显的。当这些量小、点多的涌出，集中于总回风巷时，有可能出现瓦斯浓度明显上升。但是在影响瓦斯涌出的各因素中，这种由于风流中某断面总压下降而引起间接源瓦斯的变化是次要的。

2　风量变化对瓦斯涌出的影响

正常通风的巷道和工作面，其风流经过的煤壁表面瓦斯的泄出是不断的。但因风速较大，风流处于紊流状态，瓦斯不会呈层。此时风流中携带的瓦斯代表了煤壁的瓦斯涌出量，由于风量变化引起直接源瓦斯涌出发生变化不明显。

对于间接源瓦斯，风量变化会引起风流中瓦斯有明显的变化。比如工作面后方采空区，现场和实验室观测的结果都证明。工作面风量的增减，不仅引起回风流携带的瓦斯量相应地增减，而且在一定条件下还会引起瓦斯浓度相应地增减。这种情况下，如果用增加风量的办法来解决回风流中瓦斯浓度超限的问题，往往是不可能的。

瓦斯量或瓦斯浓度随风量增加而增加的现象是有时间性的，这个时间有时长有时短。它主要取决于采空区积存瓦斯量和邻近层涌向采空区瓦斯量、漏入采空区风量的大小，以及采空区冒落岩石状况。但由于风量变化是经常的，一次风量变化跟随着瓦斯量或瓦斯浓度也发生变化还未完结时，第二次风量变化又已出现，所以表现是瓦斯随风量不断变化而变化。

总之，风量变化对间接源瓦斯涌出有明显的影响。

3　主扇停运对风流中瓦斯的影响

主扇停运，风机风压作用消失，矿井处于完全自然风压作用状况。此时矿井瓦斯涌出量是风流总压和风量（或风压）的综合作用的结果。抽出式通风矿井，风机停运而完全自然通风时，因为自然风压相对于机械风压来讲是很小的，因此各段井巷的风量（或风压）减小，风流中某断面的总压则上升。积存在封闭空间内的间接源瓦斯，因风量下降而流出量减小；又因总压上升使通风巷道中很少空气流入封闭空间，二者共同作用的结果使主扇停运后瓦斯涌出量减少。

压入式通风矿井，风机停运在自然风压作用下，风流中某断面总压下降，会促使封闭空间的空气和瓦斯向外移动；同时由于风量下降又会促使混合空气向外移动降低。由于总压变化的影响不明显，其结果仍是瓦斯量比风机停运前小。一些压入式通风矿井的实测结果说明了这个结论。

四、无煤柱开采

由于区段煤柱取消甚至上山煤柱不存在，因此巷道的一侧处于采空区，风流经过的煤壁减少，所以煤壁涌出的瓦斯减少。

无煤柱采区内，流经采空区的漏风与留煤柱开采时大不一样，因此漏风对瓦斯涌出有明显的影响。以无煤柱U型通风工作面为例，因为取消区段煤柱，采空区漏风不在回风隅角出集中，变的分散（即漏风带宽度加大），故漏风风速减小；同时，由于没有区段煤柱，采空区垮落充分，漏风风阻加大，又可以使主要漏风带宽度减小，以减低漏风量。其结果，使采空区携带出的瓦斯减少。另外，从采空区携带的瓦斯是分散进入回风巷内的，因而在采空范围内或从工作面回风巷测得的瓦斯比留煤柱开采少。

当煤层瓦斯含量高，多煤层开采、从邻近层涌出的瓦斯也很大，且稳定涌出的时间长；采空区垮落不充分，工作面进风量大；或者只是本层开采取消了煤柱而上邻近层仍留有煤柱；抽放沼气效果又不好，也有可能使无煤柱开采工作面或采区的瓦斯涌出量仍很大。对此，应在可能条件下，一方面提高瓦斯抽放率，减少风排瓦斯，另一方面将采区漏风或采空区漏风分散进入回风巷或总回风巷，降低工作面内或采区内风排瓦斯的负担，做到瓦斯不超限。

总之，无煤柱开采时，经过采空区的漏风，是使风流携带瓦斯变化的主要因素。因此从减少瓦斯涌出来讲，应使采空区漏风尽可能小，或者使这种漏风分散进入回风巷或总回风巷。

五、结论

无煤柱采煤技术一方面提高了煤炭的采出率，同时由于遗煤量的降低对采空区自然发火的预防也有着积极的作用，基于上述原因无煤柱技术在很多矿区得到了应用，本中就高沼气易自燃煤层中通风对瓦斯涌出的影响做了具体的阐述。分析了的瓦斯来源，阐述了在总压变化、风量变化及主扇停转等情况下对瓦斯涌出的影响，同时针对无煤柱开采作出了具体的分析，强调了漏风是影响瓦斯涌出量的关键因素，对现场生产具有一定的参考价值。