回采工作面瓦斯涌出规律及主要影响因素分析

回采工作面瓦斯涌出规律及主要影响因素分析

摘要：影响采空区瓦斯涌出量的主要因素是多方面的，除瓦斯地质因素外，主要有顶板控制、回采工序、风量变化、通风方式。通过分析回采工作面采空区瓦斯涌出现象及规律，掌握影响回采工作面采空区瓦斯涌出的主要因素，以便采取相应的瓦斯治理方法，保证采面正常回采。

关键词：瓦斯涌出规律主要因素治理

10300采区采面为对拉式回采面，煤层厚度0.90m～1.30m，煤层倾角约8°,无烟煤，面长90m，走向长壁后退式炮采，单体液压柱支护，充填法控制顶板；采用上出口主进风，中间运煤巷辅助进风，下出口回风。采面在回采过程中，多次发生过瓦斯异常涌出，严重影响了采面正常生产。

1瓦斯来源分析

在开采初期，高瓦斯采面风流瓦斯浓度在0.11%～0.35%，采面回风隅角瓦斯浓度在0.35%～0.90%，采面回风流瓦斯浓度在0.22%～0.65%。顶板初期来压后，高浓度瓦斯大量由采空区涌向回风隅角，瓦斯浓度在1.25%～9.0%，采面回风流瓦斯浓度在0.5%～2.5%，面上风流瓦斯浓度没有大的变化。经分析可知，采面回风隅角、回风流瓦斯浓度高的原因，在于采空区高浓度瓦斯大量涌出的结果。

2 回采工作面瓦斯涌出规律

通过分析资料，回采工作面瓦斯涌出量的大小与工作面所在的区域有关，受回采工艺的影响很大，并且随开采工艺的变化回采工作面瓦斯涌出的来源也有所不同，既有本煤层、本煤层采空区、邻近采空区和邻近层采空区涌出的瓦斯量不同。

2.1 本煤层与本煤层采空区瓦斯涌出

开采初期，回采工作面风量充足，工作面瓦斯涌出量比较稳定，瓦斯涌出无异常现象，且瓦斯涌出量约为0.6m3/min。开采一段时间后，采空区面积增多，煤层和围岩的瓦斯大量涌入到采空区，在通风负压的作用下，高浓度瓦斯从采空区涌出到回采工作面的回风隅角，造成回采工作面回风流瓦斯浓度超限，瓦斯涌出量高达21.8 m3/min。

2.2 邻近采空区瓦斯涌出

回采工作面开采前，位于同一煤层的邻近采面已经开采结束。开采一段时间后，采面采空区与邻近采空区之间的煤柱被破碎，保护煤柱和顶板都出现连通的裂隙，于是，邻近采空区的瓦斯在地应力、温度差的热扩散驱动力和瓦斯浓度差的浓度扩散驱动力作用下，高浓度瓦斯由邻近层采空区向本煤层采空区运移，再涌出到回采工作面的回风隅角，造成回采工作面回风流瓦斯浓度升高。

2.3 邻近层采空区瓦斯涌出

采面开采前，位于工作面上部煤层（邻近层）的采面已经开采完毕。采面开采一段时间后，由于采动压力的影响，采面采空区与邻近层采空区之间的隔离岩层被破坏，形成大量的连通裂隙，由于采面采空区的瓦斯与邻近层采空区的瓦斯存在瓦斯浓度差、温度差和压力差等，邻近层采空区的高浓度瓦斯向采面采空区运移，再涌出到回采工作面的回风隅角，造成回采工作面回风流瓦斯浓度升高。

3 回采工作面采空区瓦斯涌出量的主要影响因素分析

影响采空区瓦斯涌出量的主要因素是多方面的，除瓦斯地质因素外，主要有顶板控制、回采工序、风量变化、通风方式。

3.1 顶板控制

采用充填法控制顶板，围岩破坏与卸压程度相对其它顶板控制方法小，采空

区瓦斯相对涌出量较小。但是，在开采过程中，受人为因素和自然因素的影响，采空区顶板不同程度的冒落，高浓度瓦斯从回采工作面回风隅角涌出，造成回风流瓦斯浓度超限。由于顶板来压的影响，回采工作面回风流瓦斯浓度有很大的波动，顶板来压时，回风流瓦斯浓度升高，来压稳定后迅速下降，但回风流瓦斯浓度总的趋势是逐渐升高的。

充填时人为因素的影响是充填质量，由于充填物料量不足或不均匀，造成采空区顶板小面积冒落，采空区瓦斯涌出量出现波动，影响到回采工作面回风流的瓦斯浓度变化，一般变化范围为0.05%～0.3%。

自然因素对采空区煤层顶板的影响有两种，一种是采空区顶板小面积冒落，由于冒落时的冲击作用和冒落岩石的影响，改变了采空区瓦斯向回采工作面的涌出量，使得采面回风流瓦斯浓度出现波动，变化范围为0.05%～0.3%；另一种是采空区顶板初次来压和周期来压，造成采空区顶板大面积冒落，采空区瓦斯涌出量出现大波动，采面回风流瓦斯浓度波动范围可达0.5%～3.5%。

3.2 回采工序

回采工序分为4个阶段，即放炮、出煤、支护充填、移溜。表1为回采工作面回风流瓦斯浓度随工序的变化情况。在4个工序中，放炮工序，围岩破坏与卸压程度相对增大，采空区瓦斯涌出量波动值最大，工作面瓦斯绝对涌出量最大；出煤工序，围岩没有变化，但由于生产过程中，煤炭中的瓦斯随着装煤、运煤等环节，不断向外溢出，工作面瓦斯绝对涌出量仍然较高；支护充填工序，围岩有一定程度的破坏，采空区的部分空间被充填物充填，采空区中含高浓度瓦斯的空气被挤压流向工作面，因此工作面瓦斯绝对涌出量仍然较高；移溜工序，围岩基本不受影响，因此瓦斯涌出量波动较小，瓦斯涌出量也最低。

表1 回采工作面下出口回风流瓦斯浓度随工序的变化情况

3.3 风量变化

通常情况下，回采工作面的风量增加时，起初由于负压的增大，采空区漏风量也随之增大，高浓度瓦斯从采空区大量涌向工作面回风隅角，采面回风流瓦斯浓度急剧上升；然后，浓度开始下降，经过一段时间，回风流瓦斯浓度降到原值

以下；回采工作面的风量减小时，情况相反。工作面回风流瓦斯浓度随时间的变

3.4 通风方式

在工作面供风量和回采条件基本相同的情况下，回采工作面采用上出口进风，中间巷辅助进风，下出口回风，比采用上、下出口进风，中间巷回风，采空区瓦斯涌出量略有减少。但考虑中间巷为运煤巷，

运输设备多，回采工作面通风方式宜采用上出口进风，中间巷辅助进风，下出口回风，可以解决运输机尾后的瓦斯大量积聚。通风方式与工作面回风流瓦斯浓度的关系见表2。

表2 通风方式与工作面回风流瓦斯浓度的关系

4 治理方法

在高瓦斯回采工作面瓦斯治理中，应根据现场条件的不同，优化治理方案，采取相应的瓦斯综合治理措施，才能取得较好的效果。这些措施包括：优化通风方式、均压技术调节和瓦斯抽排技术。经过综合治理后，下隅角瓦斯浓度在0.80%～1.45%,下出口回风流瓦斯浓度在0.35%～0.78%，取得了明显的治理效果。

5 结论

5.1 应及时分析矿井瓦斯地质资料，掌握瓦斯赋存和采面瓦斯涌出规律。

5.2 必须加强充填工序的质量管理，严格控制顶板大面积冒落

5.3 必须根据顶板来压规律、回采工序及风量变化，及时派专人掌握采空区瓦斯涌出规律。

5.4 采面应采用上出口进风，中间运煤巷辅助进风，下出口回风，更有效地稀释和排除瓦斯。

5.5中间巷为运煤巷，运输设备多，回采工作面通风方式宜采用上出口进风，中间巷辅助进风，下出口回风，可以解决中间运输巷瓦斯超限和运输机尾后的瓦斯大量积聚。