房柱式采煤工作面采空区瓦斯浓度分布规律研究_姜文忠

摘 要 : 通过对桃坪沟煤矿 3205 回采工作面采空区瓦斯浓度分布的实际测定 , 初步查明了房柱 式回采工作面采空区瓦斯浓度的分布规律, 为今后此类工作面采空区瓦斯防治 、 防止采空区瓦斯 事故的发生提供了科学依据。 关键词 : 房柱式采煤工作面; 采空区 ; 瓦斯浓度 ; 分布规律 + 中图分类号 : TD712 . 5 文献标识码 : A 文章编号: 1003- 496X ( 2006) 12- 0004- 03 Study on Gas C on cen tration D istribu tion Ru les in Goaf of Room and P illar W ork ing Face
度为参考序列 , 以 X 01 = {X 01 ( k ) ( 2) 测定系统及管路。测定系统由 2X- 4 型真 空泵、 DN50 mm 钢管、 8 mm 硬胶管和光学瓦斯鉴 定器、 氧浓度测定仪组成。测定管路沿工作面开切 眼外边缘铺设, 随工作面向前推进而被埋入采空区。 测试管路系统具有以下功能: ①通过真空泵抽 取各测点的气样进行分析, 测定气体的 CH 4浓度和 O 2浓度; ②随着 工作面向前推进, 各 测点相对工作 面不断向采空区后方移动 , 从而测定出距工作面不 同距离采空区瓦斯浓度分布。 工作面每推进 5 m 左右开动真空取气泵取气测 定气样瓦斯和氧气浓度数据, 所测数据列入表 1 。 3 采空区瓦斯浓度分布测试结果分析 测试结束后 , 可利用灰色系统理论对得到的数 据进行灰色关联分析。 3 . 1 灰色关联分析 灰关联分析是根据灰色系统理论 , 比较各个自 变量 (比较序列 ) 对因变量 ( 参考序列 )影响大小 , 以 确定主要影响因素的一种分析方法。为比较采空区 高度和深度对瓦斯浓度影响的大小, 进行了灰色关 联分析 , 其步骤如下: ( 1) 确定参考序列和比较序列。因为要研究采 空区高度和深度对气体浓度的影响, 故取 CH 4、 O 2浓
经对实测结果进行灰色关联分析 , 得到初步结 论 : 由于所测 CH 4浓度较低, 各气体浓度在采空区内 随深度和高度的变化差别不大。 O2 随深度变化稍 大于随高度的变化, CH 4随高度的变化稍大于随深
图 4 桃坪沟煤矿采空区瓦斯浓度分布图
根据测试结果分析 , 桃坪煤矿房柱式采煤工作 面采空区瓦斯浓度分布具有以下规律 : ( 1) CH 4浓度外低里高 , 采空区下部低上部高 ; O 2浓度外高里低; O2随深度变化稍大于随高度的变 化 , CH 4随高度的变化稍大于随深度的变化。 ( 2) 在走向方向上 , 采空区瓦斯浓度随采面向 前推进而逐渐升高, 但升高的幅度不同, 表现出明显 的分带性。在距工作面 0 ~ 20 m 内气体混合均匀 , 成份变化不明显 , 以后逐渐出现分带现象。在采空 区 50 m 以外, 分带明显, 这说明气体在 0~ 20 m 以 内流速较高 , 20~ 50 m 内流速逐渐降低, 50 m 后流 动变弱 , 采空区瓦斯浓度沿走向有规律地变化。采 空区瓦斯沿走向变化曲线 , 如图 5 所示。
4
煤矿安全
( T ota l 385)
试验研究
房柱式采煤工作面采空区 瓦斯浓度分布规律研究
姜文忠 , 秦玉金 , 张
1, 2 2
亮
3
( 1. 中国矿业大学 , 江苏 徐州 221008; 2. 煤炭科学研究总院 抚顺 分院 , 辽宁 沈阳 110016 ; 3. 铁法煤业集团 , 辽宁 调兵山 112700)
采空区瓦斯涌出在工作面瓦斯涌出构成中占有 不可忽视的比例。对于采用房柱式采煤方法的回采 工作面 , 其采空区瓦斯浓度分布具有不同于长壁工 作面采空区的特点, 由于煤炭回采率低, 采空区丢煤 多 , 煤柱及工作面丢煤向采空区涌入大量瓦斯 , 工作 面有相当一部分风量漏入采空区, 这部分漏风携带 着采空区瓦斯经由工作面上隅角进入回风巷 , 这是 造成工作面上隅角和回风瓦斯超限的重要原因。考 察房柱式回采工作面采空区瓦斯浓度分布情况 , 对 提高采空区瓦斯治理效果、 消除或减小采空区瓦斯 涌出对工作面的威胁、 提高工作面安全水平、 有效地 回收瓦斯资源具有重大意义。本文利用采空区埋管 定点取样实测法对山西省晋城市桃坪沟煤 矿 3205 回采工作面采空区瓦斯浓度进行了实测研究。 1 工作面概况 桃坪沟煤矿 3205回采工作面走向长 295 m, 倾 斜宽 40 m, 煤层厚度 5 . 8 m, 倾角 4 ~ 5 , 地质储量 110 k;t 采用巷柱式采煤方法 , 一次采全 高, 放炮落 煤 , 人工装煤 , 矿车运输, 采高 4 m, 每 15 m 开一切
测点 CH 4浓度 /% 1
# # 2
3# 0. 75 0. 82 0. 90 0. 98 1. 03 1. 15 1. 34 1. 53 1. 79 1. 86 2. 06 2. 34 2. 66 2. 96
4# 0. 70 0. 85 0. 94 1. 05 1. 12 1. 32 1. 56 1. 88 2. 05 2. 50 2. 84 2. 95 3. 00 3. 10
i k
式中
分辨系数, 可取 = 0 . 5 。 ④ 求关联度 R i 。
m R i = 1 排序, R i大的因素对
6 浓度的影响大。
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试验研究
度的变化。 3 . 2 采空区瓦斯等浓度线分析结果 根据实际测定结果 , 我们利用计算机进行计算 处理 , 将数据分段平均, 然后绘制成采空区瓦斯等浓 度分布图 , 如图 4所示。
JI ANG W en- zhong1, 2 , Q I N Y u- jin2, ZHANG L iang3 ( 1. China University of M ining &T echnology, X uzhou 221008, China; 2. Fushun Branch of Ch ina Coal R esearch Institute, Shenyang 110016 , Ch ina; 3. T iefa C oal G roup, T iefa 112700, China ) Abstrac t : By measur ing go af gas concentration d istr ibution in 3205 wo rk ing face of T aop inggou coa l m ine , w e in itia lly identified gas concentration d istr ibution rules in coa f of roo m and pillar w ork ing face , the re fo re prov ided sc ientific basis to prevent and cure gas acci dents of goa f in such wo rking face . K ey word s : roo m and p illar ; goa;f gas concentration; d istribution ru les
眼, 向两边扩帮 2 m; 采用煤柱支撑法管理顶板, 木 支柱支护 ; 该面采 用全 风压供 风, 平 均风量 为 574 m /m in , 绝对瓦斯涌出量为 4 . 06 m /m in。其工作 面布置如图 1 所示。
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图 1 桃坪沟煤矿 3205 工作面布置图
2 采空区瓦斯浓度分布现场测试 ( 1)测定方法。采用采空区埋管定点取样实测 法。沿试验工作面回风巷和开切眼布置一趟直径为 DN50 mm 的钢管 , 回风巷钢管长度 100 m 以上, 并 在开切眼管道的适当位置预留 4~ 5 个取样口 , 每个 取样口单独由一根外径 8 mm 的硬胶管引出, 组成 束管在外部钢管的保护下从回风巷引出 , 用真空泵
i i
( k )。
(k) =
i k
m inm in |X 0j ( k ) - X i ( k ) | + m axm ax |X 0 j ( k ) - X i ( k ) | |X 0 j ( k ) - X i ( k ) | + m axm ax |X 0j ( k ) - X i ( k ) |
0 . 80 0 . 78 0 . 81 0 . 84 0 . 85 0 . 88 0 . 95 0 . 95 1 . 00 1 . 10 1 . 25 1 . 42 1 . 60 1 . 82
0 . 78 0 . 80 0 . 85 0 . 95 0 . 98 1 . 10 1 . 25 1 . 39 1 . 46 1 . 60 1 . 77 1 . 85 2 . 13 2 . 54
处, 由于采空区漏风风流速度较小 , 对瓦斯运移作用 减弱 , 进、 回风侧瓦斯浓度差别不大。 ( 4)桃坪沟煤矿 3205 工作面采空区瓦 斯浓度 分布测定结果表明 : 在采 7 m 留 5 m 煤柱、 风量 538 3 ~ 560 m /m in 条件下, 距回采面 22 ~ 40 m 范围内 ( 即采面后方第二至第三个贯眼 ) , 采空区瓦斯浓度 处在爆炸范围 内。在 距回 采面 40 ~ 66 m 范围 内 ( 即采面后方第四至第五个贯眼 ) , 采空区瓦斯浓度 处在燃烧范围内, O2浓度 > 12 % 。这两个区域应引 起有关人员的高度重视。表 1 中, 1 、 3 测点取气口 高度为 1 . 5 m, 2 测点取气口高度为 0 . 5 m, 由所测 # 数值可以看出 , 2 测点所测瓦斯浓度明显低于同一 距离 1 、 3 测点所测瓦斯浓度值 , 由此可以得出, 在 离工作面相同距离的采空区内, 瓦斯浓度在垂直方 向上具有上部瓦斯浓度高于下部瓦斯浓度的分布特 点。
作者简介 : 姜文忠 ( 1967- ), 男 , 高 级工程师 , 1992 年毕 业于山东矿业学院采矿系 , 在煤炭 科学研究总院抚顺分院从 事煤矿安全瓦斯防治技术的研究工作 , 现任瓦斯安全研究所