浅析综采放顶煤工作面风量与瓦斯涌出的关系研究

【摘 要】本文笔者结合了工作面瓦斯涌出的特点和来源，深入分析了影响综采放顶煤工作面瓦斯涌出的风量因素，对瓦斯防治与安全生产提供了专业参考。

【关键词】煤矿；瓦斯；风量

煤矿瓦斯灾害一直是煤矿五大自然灾害之一。由于煤层瓦斯渗透性差，目前瓦斯渗流的规律不是很清楚，所以瓦斯问题一直是威胁我国煤矿安全的主要因素。从理论方面来说，由于煤层的低渗透性导致瓦斯抽放较困难，而且目前瓦斯渗流的规律还未被完全掌握，导致瓦斯事故时有发生，已严重制约着综放工作面的正常生产与工作运行，因此，应对瓦斯的来源与防治技术进行综合论述，以保证矿井安全生产。

1　工作面的瓦斯概况

1.1　瓦斯来源

（1）瓦斯来源划分采场范围内工作面瓦斯涌出来源可划分为落煤瓦斯涌出、煤壁瓦斯涌出及采空区瓦斯涌出3大部分。落煤瓦斯涌出是工作面采落煤炭解吸的瓦斯；煤壁瓦斯涌出可分为工作面煤壁瓦斯涌出和顺槽煤壁瓦斯涌出；回采工作面瓦斯直接涌入到主回风流，而采空区涌出的瓦斯随着采场内煤层、岩层的变形或垮落而卸压，按各自的规律涌入采空区，混合在一起，构成采空区瓦斯涌出。

（2）回采工作面瓦斯来源回采工作面的瓦斯涌出量来自两个部分，一是煤壁及采落煤体涌出的瓦斯，该部分瓦斯直接进入工作面的风流；二是采空区涌出的瓦斯，该部分瓦斯由采空区遗煤及未采煤体、邻近煤层，围岩涌出的瓦斯组成，主要从回风上（下）隅角涌出进入回风流，小部分在回风上（下）隅角形成瓦斯积聚。

1.2　采空区的“竖三带”和“横三区”

在采动过程中，由于离层裂隙和穿层裂隙的作用，使采空区形成所谓的“竖三带”、“横三区”。即在采空区沿垂直方向由下而上分为冒落带、裂隙带、弯曲下沉带；沿工作面推进方向（走向）及倾斜方向分为煤壁支撑影响区、离层区、重新压实区。

2　矿井风压基本理论

2.1　风流的能量与压力

在矿井通风中，压力的概念与物理学中的压强相同，即单位面积上受到的垂直作用力。静压也可称为是静压能。静压特点为无论静止的空气还是流动的空气都具有静压力；风流中任一点的静压各向同值，且垂直于作用面；风流静压的大小（可以用仪表测量）反映了单位体积风流所具有的能够对外作功的静压能的多少。

2.2能量方程在矿井通风中的应用

水平风道的通风能量（压力）损失可利用通风机一水平风道系统绘制能量（压力）坡度线。通风能量（压力）坡度线见图1。

3　风压的分部在瓦斯防治中的作用

3.1　均压通风法治理瓦斯原理

根据工作面瓦斯涌出来源分析，工作面落煤及煤壁瓦斯涌出量较小，瓦斯主要来源于叶采空区。综放面采空区空间大，又为良好的漏风通道，工作面配风量越大，采空区漏风量越　^大，风量与采空区内的瓦斯交换量越大，这导致上隅角瓦斯涌出量越大。由此可见，采空区漏风是上隅角瓦斯超限的一个重要原因，而均压通风是减少采空区漏风的很好措施。因此，降低漏风通道两端的压差可有效减少采空区的漏风量，采用均压通风的方法（均衡漏风通道进、出口两端的风压）可防止上隅角瓦斯超限。

3.2　某矿10#煤层利用上覆5#煤层巷道泄放瓦斯

5#煤层原来风量调节在回风测，风量为8m/s，风流中瓦斯浓度0.3％，为降低风压泄放l0#煤层瓦斯，将风量调节改在进风测的位置，瓦斯浓度0.7％，瓦斯主要来源于上覆5#煤层进、回风巷密闭，5#煤层抽放眼已打好并安好瓦斯探头。5#煤层所泄放的瓦斯总量3．66m/min；5#煤层原来的瓦斯量1.44m/rain；泄放增加的瓦斯量1.92m/min。

泄放增加的瓦斯量一部份来源于5#煤层本身，一部份来源于l0#煤层，同时10#煤层回采工作面回采时回风流瓦斯浓度从0.65％降No.32％，上隅角基本保证瓦斯不超限。

3.3工作面瓦斯涌出量与风量关系

工作面瓦斯来源有二：①本煤层开采过程中，由于煤体破碎，使煤体中游离态的瓦斯涌出；②采空区内积存的瓦斯涌出。由于工作面煤质较软，所以煤体中的游离态瓦斯含量较高，在开采过程中随开采强度加大，瓦斯涌出量也增加，所以采面风量配比是否合理关系到回风流中瓦斯浓度的大小，瓦斯与风量的关系见表1。

4　效果分析

4.1上覆煤层采空区面斯泄放

10#煤层工作面瓦斯泄放效果比较明显，回风瓦斯浓度在0．3％～0．45％，对工作面进行瓦斯泄放以后，未发生过一次瓦斯超限事故，确保了矿井安全生产。

4.2　综合效益

对于高产高效矿井而言，风压分布对工作面的安全生产存在着双重性，一是减少采区瓦斯向工作面的涌出量，消除瓦斯对生产工作面安全生产的威胁，从而减轻工作面的通风负担；二是通过对矿井风压合理分布的分析统计，可以做到超前预防。由于消除了瓦斯和自然发火对工作面安全生产的威胁，极大地促进了矿井安全生产，同时也为广大职工创造了一个良好的生产劳动环境，其社会效益也是不言而喻的。