++ 综采工作面采煤机牵引速度与瓦斯涌出的关系

收稿日期:2009-12-31

作者简介:王新建(1956—),男,河南济源人,副教授,1992年毕业于中国矿业大学,长期从事矿井通风与安全专业教学工作。

综采工作面采煤机牵引速度与瓦斯涌出的关系

王新建

(平顶山工业职业技术学院,河南平顶山　467000)

摘要:对中平能化集团一矿综采工作面采煤机的牵引速度与瓦斯涌出浓度之间的关系进行了现场测试,对测定的数据进行了统计分析,找出了采煤机的牵引速度与瓦斯浓度的定量关系,提出了采煤机牵引速度与瓦斯涌出关系的一些看法。

关键词:综采工作面;采煤机牵引速度;瓦斯涌出量;通风方式;开机率

中图分类号:T D712.5 文献标识码:B 文章编号:1003-0506(2010)06-0022-02

综合机械化采煤的广泛应用和推广,大大加快

了回采工作面的推进速度,使回采工作面单产大幅度增加,与此同时综采工作面瓦斯涌出量也急剧增加。目前,中平能化集团各综采工作面在配风量

200～1000m 3

/m in 的情况下,瓦斯超限现象时有发生,严重影响了综采工作面的安全生产。为了保证综采工作面的高产,同时保证瓦斯浓度在安全值以下,对采煤机的牵引速度与瓦斯涌出的关系进行深入的研究是很有必要的。

1　综采工作面瓦斯涌出的基本规律

综采工作面瓦斯主要来自工作面的煤壁、采落

的煤块和邻近煤层(包括围岩)。工作面绝对瓦斯涌出量表达式为:Q =Q 1+Q 2+Q 3。其中,Q 为综采工作面绝对瓦斯涌出量,m 3

/m in;Q 1为综采面煤壁绝对瓦斯涌出量,m 3

/m in;Q 2为综采面采落煤块绝对瓦斯涌出量,m 3

/m in;Q 3为邻近层(包括围岩)绝对瓦斯涌出量,m 3/m in 。111　煤壁瓦斯涌出

综采工作面煤壁是一个移动的暴露面,瓦斯涌

出强度受制于靠近暴露面煤层的瓦斯渗透性。大量试验表明,当采煤机连续推进时,煤壁瓦斯涌出强度(G 1)随着煤壁暴露时间(t )的延长而降低,两者呈现函数关系:G 1=G 0e

-βt 1

。其中,G 0为煤壁暴露面

初始瓦斯涌出强度,m 3/(d ・m 2

);e 取21718281;β为瓦斯涌出强度衰减系数。

112　采落煤块瓦斯涌出

采落煤块的瓦斯涌出量主要取决于该煤层原始瓦斯含量、煤炭的瓦斯渗透性和煤体的破碎程度等。现场测定表明,采落煤块的瓦斯涌出强度(G 2)随采落煤块暴露时间(t 2)的延长而衰减,两者呈现以下函数关系:G 2=G ′0/(1+t 2)α

。其中,G ′0为采落煤

块的初始瓦斯涌出强度,m 3/(d ・m 2);α为取决于煤

的瓦斯渗透性的系数。113　邻近层瓦斯涌出

邻近层瓦斯涌出形式有:①透过层间岩层涌出;②经天然裂缝涌出;③经生产性裂隙涌出。当瓦斯经生产性裂隙涌出为主要涌出形式时,其决定因素是开采层与邻近层之间距的大小。间距越大,瓦斯涌出量越小;反之,则瓦斯涌出量就越大。

2　采煤机牵引速度与瓦斯浓度的现场测试

综采工作面的瓦斯涌出受诸多因素的影响,由于其中工作面的推进快,产量高,故采落煤块和煤壁暴露面的瓦斯涌出是综采面瓦斯涌出的主要形式。这两方面的瓦斯涌出量的大小,又直接受采煤机牵引速度的影响。为此,对采煤机牵引速度与瓦斯浓度的关系进行了现场实测。

(1)测试条件。测试是在一矿戊8,10222120综采工作面进行的。工作面参数及设备配置为:工作面平均采高310m ,工作面长155m ,煤层倾角8°,采煤机为MGTY 2300/700型双滚筒采煤机,滚筒直径116m ,输送机为SGZ 2764/500Rn 型,液压支架为ZY4000217/37型。

(2)测试方法。测试由2人同时进行,1人跟在

采煤机之后测定采煤机牵引速度,另1人在回风巷中测定瓦斯浓度,瓦斯检定器设置在回风平巷距工作面口20m 处,距顶板012m 。2人各持计时表1块,对准时间。牵引速度与瓦斯浓度的时间差可根据采煤机在工作面所处位置和工作面风速大小计

・

22・2010年第6期 中州煤炭 总第174期

算,工作面实测风速为118m /s 。3　测试数据及分析

测试进行了2个生产班12h,从测定的大量数据中整理出具有代表性的数据(表1)。利用这些数据绘出散点图,由散点图可以看出,瓦斯浓度随采煤机牵引速度的增加而增加,其相互关系的变化趋势接近于直线,又接近于双曲线。现就这些测试数据分别进行直线回归分析和双曲线回归分析。

表1　采煤机牵引速度与瓦斯浓度测定数据

速度V /

(m ・m in -1)

浓度

C /%

速度V /

(m ・m in -1)浓度

C /%

速度V /(m ・m in -1)浓度

C /%

001232125013841200144111001312146013741500146115001342150013841500147

1150013521900139510001411160013531000141510001491186013631100142510001502100013731180141512001502108013831500139512001442110013931500144513001522125

0136

4100

0142

5150

0154

(1)按双曲线回归分析。通过分析计算,得到

双曲线回归方程为:C =V /(119762V +114071)。其中,V 为采煤机牵引速度,m /m in;C 为综采工作面瓦斯浓度,%。其图形如图1中曲线所示。相关系数r =018416,说明牵引速度与瓦斯浓度之间的关系符合回归模型,回归方程比较可靠。

(2)按直线回归。通过分析计算,得到直线回归方程为:C =01285+010367V ,其图形如图1中直线所示。相关系数r =018750,说明牵引速度与瓦斯浓度之间符合线性回归模型,回归方程较可靠。

综上回归分析,从相关系数上看,直线相关系数比双曲线回归的相关系数大,说明直线回归方程的可靠性比双曲线回归方程的可靠性强。所以,可以认为瓦斯浓度与采煤机牵引速度之间的关系服从

直线C =01285+010367V 的规律,且符合实际。

图1　速度V 、浓度C 回归曲线

4　结论

(1)基本查明了中平能化集团一矿综采工作面

采煤机牵引速度与瓦斯浓度的关系,并得出了定量

关系式:C =01285+010367V,为综采工作面的安全生产提供了较可靠的依据。

(2)根据矿井深部相对瓦斯涌出量的预测,相对瓦斯涌出量符合q =0102713H -015055的规律。结合以上分析,导出当矿井开采到-500m 深度时,综采工作面采煤机牵引速度与瓦斯浓度的关系为:C 500=01618+01079V 。这时当采煤机牵引速度为5m /m in 时,综采工作面瓦斯浓度将达到1101%,超过了《煤矿安全规程》的规定,将会造成瓦斯事故,是非常危险的。随着矿井向深部开采,综采工作面瓦斯浓度将会更高,要使瓦斯浓度保持在安全浓度110%以下,就要使采煤机牵引速度控制在5m /m in 以下。这一速度限制了综采工作面的高产高效,如果采煤机牵引速度要超过5m /m in,则必须采取加大风量,改变通风方式,提高采煤机开机率等技术措施,以防止综采工作面瓦斯事故的发生。

(3)该成果可以推广应用到条件相似的综采工作面,为综采工作面的安全生产、实现高产高效提供

比较可靠的技术依据。

(责任编辑:刘光雨)(上接第21页)

5　结论

(1)通过实测和分析研究发现,大采高一次采

全高开采工作面的顶板活动程度和矿压显现程度明显比分层开采和放顶煤开采要大。

(2)摸清了梁北煤矿这种极软双突厚煤层条件

下510m 大采高综采一次采全高工作面的矿压显现

规律和支架—围岩关系,为工作面围岩控制提供了可靠依据,并明确了支护重点和措施的针对性、有效性,为工作面安全生产提供了可靠的保障。同时,也为该工艺在该条件下的成功实施和推广应用奠定了坚实有力的基础。

(责任编辑:刘光雨)

・

32・2010年第6期 王新建:综采工作面采煤机牵引速度与瓦斯涌出的关系 总第174期