百功煤礦炮掘巷道煤壁瓦斯湧出規律研究

摘要：為了進一步研究炮掘巷道煤壁瓦斯湧出規律，確定合理通風 設計和製定瓦斯防治 措施。通
過測定煤壁瓦斯湧出強度並建立經驗公式，研究煤壁瓦斯湧出與巷道長度、暴露時間的關係。結果 表明，炮掘巷道煤壁瓦斯湧出強度隨時間的變化符合雙曲線關係，並得出了煤壁瓦斯湧出的極限巷 長度；還根據瓦斯的不同來源和含量，將掘進工作麵風流流動分為3個區段，分別為折返區、風
漉不穩定區和風流穩定區。
關鍵詞：煤壁；炮掘；瓦斯湧出強度
中圖分類號：TD712 文獻標誌碼：A 文章編號：0253—2336(2008)04—0051—03
掘進巷道瓦斯湧出量主要取決於煤壁和落煤的新湧出強度，煤壁瓦斯湧出強度是表示瓦斯由煤自采掘空間湧出強弱的物理量，通常以每平方米至單位時間內湧出的瓦斯量來表示。眾所周知， 善的多孔隙和裂隙結構構成了氣體流通的通道。 璧瓦斯湧出強度的大小取決於煤層瓦斯壓力、煤螢孔隙和裂隙結構、煤對瓦斯的吸附性能以及空條件?

在巷道掘進過程中，巷道周圍煤層瓦斯壓力平式態不斷遭到破壞，瓦斯壓力重新分布，煤層瓦
滲透性增加而形成卸壓帶。由於煤體內部到煤壁之間存在著瓦斯壓力梯度，卸壓帶內的瓦斯在壓力 梯度作用下沿煤體裂隙向巷道湧出，瓦斯湧出強度隨著煤壁暴露時間的延長而降低，即煤壁瓦斯湧出要是暴露時間的函數。通過煤壁瓦斯湧出規律的研究．可以更加合理地製定瓦斯防治措施。

1 掘進工作麵風流流動狀態。

由於風筒出口風流至掘進工作麵快速折返，加 之掘進設備、風筒連接不規範及漏風等原因，使得
風流流動的多向性、不穩定性，瓦斯湧出的不均勻 性都特別明顯。為此，對掘進工作麵瓦斯分布情況 作了大量的現場考察，並利用監測係統對掘進工作麵瓦斯湧出進行了多探頭、定點與不定點的連續監測，盡管每次測定分布情況略有差別，但總的分布趨勢是一致的。掘進工作麵20 m範圍內某一次瓦斯濃度分布曲線如圖1所示。受風流、瓦斯來源的影響，從掘進工作麵向外大致可分為3個區段，分別為折返區、風流不穩定區和風流穩定區。第一區段為距掘進工作麵3 m內的區域，該區段由於落煤和新暴露煤壁大量釋放瓦斯，是掘進工作麵瓦斯的最主要來源，風筒吹出風流遇掘進工作麵煤壁迅速折返；第二區段在距工作麵3～8 m內區域，這個範圍內為暴露時間較短的新煤壁，瓦斯仍在大量釋放，是瓦斯的次要來源；第三區段則在距工作麵8m以外，風流瓦斯趨於穩定，且瓦斯擴散後分布均 勻，由圖1看出瓦斯等濃度曲線分布均勻，這一區段彙集了整個工作麵的瓦斯，瓦斯量是最大的。

2煤壁瓦斯湧出強度測定方法
為了確定百功煤礦炮掘工作麵煤壁瓦斯湧出強度與時間的函數關係，利用巷道測定法對百功煤礦
1602運輸巷炮掘工作麵煤壁的瓦斯湧出強度進行了實測研究。巷道測定法特點是簡單易行，且測定不影響生產，但要求測定較多的數據，否則易產生誤差。 ’
測定步驟如下：
1)在正常掘進的煤巷中，沿掘進方向布置A， B，c和D四個測站，如圖2所示。測定各測站巷
道斷麵積，確定各相鄰測站問暴露煤壁麵積和設站時煤壁平均暴露時間。

2)定時同時測定各相鄰測站的風量和瓦斯濃度(測定選擇在工作麵清完煤後進行)。 在巷道高度矗不小於平均煤厚的條件下，各相鄰測站問在對應的暴露時間下單位麵積煤壁瓦斯湧
出量可用公式(1)進行計算：

式中 q_i——相鄰測站間單位麵積煤壁瓦斯湧出量，m³/(m².min)
si，s…——第i，i+1個測站巷道斷麵積，m一
K，K+，——第i，i+1個測站巷道斷麵上的平島風速，m2／min；
c，，c。——第i，i+1個測站巷道斷麵上的平均瓦斯質量分數，％；
m。，——第：個與第i+1個測站間的平均煤厚，m；
L——第i個與第i+1個測站間的距離．
m。
3)每隔3～5 d重複步驟2)，持續測定一段時間。根據累積得到各相鄰測站間在不同的暴露露間f，下的單位麵積煤壁瓦斯湧出量g。。

3 測定數據的整理和經驗公式的建立
利用上述方法對百功煤礦M16煤層1602運輸巷掘進工作麵煤壁瓦斯湧出強度與暴露時間關係連行了實測。經過現場測試，得到各測站的巷道斷麵積，單位麵積煤壁瓦斯湧出量、巷道掘進時間等數據。對測定的原始數據進行處理和03manbetx ，將結果彙總於表1。掘進工作麵煤壁瓦斯湧出強度與時間的關係曲線如圖3所示。

從圖3可以看出，百功煤礦炮掘工作麵瓦斯湧 出強度與暴露時間的關係近似為雙曲線，在複對數
坐標係中這種關係為線性關係。因此，煤壁瓦斯湧出強度與暴露時間的關係可表示為如下形式：
q₂= q₀/(1+t)^a
式中 q：——1+t時間後，煤壁瓦斯湧出強度m³／(m²•d)；
q_o——t=0時的煤壁瓦斯湧出強度，且口瓦斯湧出初速度，m。／(m。•d)；
t——煤壁的平均暴露時間，d
a——衰減係數。

￡中，m為正數。
將式(4)、式(5)聯立求解，即可求出q₀乏理值。同時運用最小二乘法，將試驗數據分別代入線性回歸、負指數回歸和雙曲線回歸等3種基本形式，然後求出衡量各回歸相關係數大小的標準差．驗證所確定的經驗公式形式。用雙曲線回歸得出．q₀=4．943 m³／(m²•d)，a=0．658 1，則百功煤礦N16煤層炮掘工作麵煤壁瓦斯湧出強度可表示為：
q₂=4．943(1+t)^-0.6581(6)
4.巷道長度、暴露時間與煤壁瓦斯湧出的關係
巷道煤壁瓦斯湧出強度隨時問的延長而降低，煤壁瓦斯排放過程在理論上講是無限的，但實際上．經曆一定暴露時間後，連續掘進長度達某極限值後巷道瓦斯湧出量保持最大穩定值。巷道煤體內的瓦斯大部分在煤壁暴露後幾個月內湧出，表2為根據式(6)計算的不同暴露時間內煤壁瓦斯湧出強度占初始瓦斯湧出強度的比例。

計算表明，在掘進巷道的1個月的瓦斯湧出總 量就占煤壁瓦斯極限湧出量的80％以上。對於炮
掘工作麵而言，由於放炮作用，煤壁破壞嚴重，煤 壁瓦斯湧出初始強度大、衰竭速度快，一般當巷道 暴露時間為3～4個月時，掘進長度達180～240 m，巷道煤壁瓦斯湧出量達到最大值，巷道長度再 增加時，煤壁瓦斯湧出量基本趨於穩定。
圖4為煤壁瓦斯湧出量隨暴露時間和掘進長度
的變化關係曲線。


和掘進長度的變化關係曲線

影響掘進巷道瓦斯湧出最大穩定值的極限長度L_max由下式確定：
L_max=tv／30 (7)
式中．r為巷道平均月掘進速度，m／月；t為90～ 120d：
通過在百功煤礦1602運輸巷的實際考察發現，隨著巷道長度的增加，煤層暴露麵積的增多，瓦斯湧出量也相應增大，當掘進長度達到一定值後，瓦斯湧出量保持最大穩定值。

5結 語
1掘進巷道風流流動從掘進工作麵往外可為 爭區段=折返區，距工作麵3 m內的區域，該區
域由於落煤和新暴露煤壁大量釋放瓦斯，是巷道瓦斯的重要來源；風流不穩定區，距工作麵3～8 m強區域，為暴露時間較短的新煤壁，是瓦斯的次要 來源；風流穩定區則在距工作麵8 m以外，風流瓦斯趨於穩定，該區段彙集了全工作麵的瓦斯，瓦斯量是最大的。

2，通過對百功煤礦1602炮掘工作麵瓦斯湧出 過程進行研究，得出了炮掘巷道煤壁瓦斯湧出強度
隨時問的變化規律，其關係符合雙曲線函數，實測 結果為：g₂=4．943(1+t)^-0.6581

3)通過考察炮掘巷道煤壁瓦斯湧出強度隨時問的情況，得出了煤壁瓦斯湧出的極限巷道長度，影響炮掘巷道瓦斯湧出量最大穩定值的極限長度由式(7)確定。
參考文獻：
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作者簡介：仇海生(1979一)，男，江辦射陽人，工程師，煤 炭科學研究總院安全技術及工程專業碩士研究生，一直從事礦井瓦斯安全科研工作。Tel：024—241 17121，E—mail：jetqiu@126．com