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1、百功煤矿炮掘巷道煤壁瓦斯涌出规律研究摘要：为了进一步研究炮掘巷道煤壁瓦斯涌出规律，确定合理通风设计和制定瓦斯防治措施。通 过测定煤壁瓦斯涌出强度并建立经验公式，研究煤壁瓦斯涌出与巷道长度、暴露时间的关系。结果 表明，炮掘巷道煤壁瓦斯涌出强度随时间的变化符合双曲线关系，并得出了煤壁瓦斯涌出的极限巷 长度；还根据瓦斯的不同来源和含量，将掘进工作面风流流动分为3个区段，分别为折返区、风 漉不稳定区和风流稳定区。 关键词：煤壁；炮掘；瓦斯涌出强度 中图分类号：TD712文献标志码：A文章编号：02532336(2008)04005103 掘进巷道瓦斯涌出量主要取决于煤壁和落煤的新涌出强度，煤壁瓦斯涌出
2、强度是表示瓦斯由煤自采掘空间涌出强弱的物理量，通常以每平方米至单位时间内涌出的瓦斯量来表示。众所周知， 善的多孔隙和裂隙结构构成了气体流通的通道。 璧瓦斯涌出强度的大小取决于煤层瓦斯压力、煤萤孔隙和裂隙结构、煤对瓦斯的吸附性能以及空条件?在巷道掘进过程中，巷道周围煤层瓦斯压力平式态不断遭到破坏，瓦斯压力重新分布，煤层瓦 渗透性增加而形成卸压带。由于煤体内部到煤壁之间存在着瓦斯压力梯度，卸压带内的瓦斯在压力 梯度作用下沿煤体裂隙向巷道涌出，瓦斯涌出强度随着煤壁暴露时间的延长而降低，即煤壁瓦斯涌出要是暴露时间的函数。通过煤壁瓦斯涌出规律的研究可以更加合理地制定瓦斯防治措施。1 掘进工作面风流流动状
3、态。由于风筒出口风流至掘进工作面快速折返，加 之掘进设备、风筒连接不规范及漏风等原因，使得 风流流动的多向性、不稳定性，瓦斯涌出的不均匀 性都特别明显。为此，对掘进工作面瓦斯分布情况 作了大量的现场考察，并利用监测系统对掘进工作面瓦斯涌出进行了多探头、定点与不定点的连续监测，尽管每次测定分布情况略有差别，但总的分布趋势是一致的。掘进工作面20 m范围内某一次瓦斯浓度分布曲线如图1所示。受风流、瓦斯来源的影响，从掘进工作面向外大致可分为3个区段，分别为折返区、风流不稳定区和风流稳定区。第一区段为距掘进工作面3 m内的区域，该区段由于落煤和新暴露煤壁大量释放瓦斯，是掘进工作面瓦斯的最主要来源，风筒
4、吹出风流遇掘进工作面煤壁迅速折返；第二区段在距工作面38 m内区域，这个范围内为暴露时间较短的新煤壁，瓦斯仍在大量释放，是瓦斯的次要来源；第三区段则在距工作面8m以外，风流瓦斯趋于稳定，且瓦斯扩散后分布均 匀，由图1看出瓦斯等浓度曲线分布均匀，这一区段汇集了整个工作面的瓦斯，瓦斯量是最大的。2煤壁瓦斯涌出强度测定方法 为了确定百功煤矿炮掘工作面煤壁瓦斯涌出强度与时间的函数关系，利用巷道测定法对百功煤矿 1602运输巷炮掘工作面煤壁的瓦斯涌出强度进行了实测研究。巷道测定法特点是简单易行，且测定不影响生产，但要求测定较多的数据，否则易产生误差。 测定步骤如下： 1)在正常掘进的煤巷中，沿掘进方向布
5、置A， B，c和D四个测站，如图2所示。测定各测站巷 道断面积，确定各相邻测站问暴露煤壁面积和设站时煤壁平均暴露时间。2)定时同时测定各相邻测站的风量和瓦斯浓度(测定选择在工作面清完煤后进行)。 在巷道高度矗不小于平均煤厚的条件下，各相邻测站问在对应的暴露时间下单位面积煤壁瓦斯涌 出量可用公式(1)进行计算：式中 qi相邻测站间单位面积煤壁瓦斯涌出量，m3/(m2.min) si，s第i，i+1个测站巷道断面积，m一 K，K+，第i，i+1个测站巷道断面上的平岛风速，m2min； c，c。第i，i+1个测站巷道断面上的平均瓦斯质量分数，； m。，第：个与第i+1个测站间的平均煤厚，m； L第i
6、个与第i+1个测站间的距离 m。 3)每隔35 d重复步骤2)，持续测定一段时间。根据累积得到各相邻测站间在不同的暴露露间f，下的单位面积煤壁瓦斯涌出量g。 3 测定数据的整理和经验公式的建立 利用上述方法对百功煤矿M16煤层1602运输巷掘进工作面煤壁瓦斯涌出强度与暴露时间关系连行了实测。经过现场测试，得到各测站的巷道断面积，单位面积煤壁瓦斯涌出量、巷道掘进时间等数据。对测定的原始数据进行处理和分析，将结果汇总于表1。掘进工作面煤壁瓦斯涌出强度与时间的关系曲线如图3所示。从图3可以看出，百功煤矿炮掘工作面瓦斯涌 出强度与暴露时间的关系近似为双曲线，在复对数 坐标系中这种关系为线性关系。因此，
7、煤壁瓦斯涌出强度与暴露时间的关系可表示为如下形式： q2= q0/(1+t)a 式中 q：1+t时间后，煤壁瓦斯涌出强度m3(m2d)； qo t=0时的煤壁瓦斯涌出强度，且口瓦斯涌出初速度，m。(m。d)； t煤壁的平均暴露时间，d a衰减系数。 中，m为正数。 将式(4)、式(5)联立求解，即可求出q0乏理值。同时运用最小二乘法，将试验数据分别代入线性回归、负指数回归和双曲线回归等3种基本形式，然后求出衡量各回归相关系数大小的标准差验证所确定的经验公式形式。用双曲线回归得出q0=4943 m3(m2d)，a=0658 1，则百功煤矿N16煤层炮掘工作面煤壁瓦斯涌出强度可表示为： q2=49
8、43(1+t) -0.6581 (6) 4.巷道长度、暴露时间与煤壁瓦斯涌出的关系 巷道煤壁瓦斯涌出强度随时问的延长而降低，煤壁瓦斯排放过程在理论上讲是无限的，但实际上经历一定暴露时间后，连续掘进长度达某极限值后巷道瓦斯涌出量保持最大稳定值。巷道煤体内的瓦斯大部分在煤壁暴露后几个月内涌出，表2为根据式(6)计算的不同暴露时间内煤壁瓦斯涌出强度占初始瓦斯涌出强度的比例。影响掘进巷道瓦斯涌出最大稳定值的极限长度Lmax由下式确定： Lmax=tv30 (7) 式中r为巷道平均月掘进速度，m月；t为90 120d： 通过在百功煤矿1602运输巷的实际考察发现，随着巷道长度的增加，煤层暴露面积的增多，
9、瓦斯涌出量也相应增大，当掘进长度达到一定值后，瓦斯涌出量保持最大稳定值。 5结 语 1掘进巷道风流流动从掘进工作面往外可为 争区段=折返区，距工作面3 m内的区域，该区 域由于落煤和新暴露煤壁大量释放瓦斯，是巷道瓦斯的重要来源；风流不稳定区，距工作面38 m强区域，为暴露时间较短的新煤壁，是瓦斯的次要 来源；风流稳定区则在距工作面8 m以外，风流瓦斯趋于稳定，该区段汇集了全工作面的瓦斯，瓦斯量是最大的。 2，通过对百功煤矿1602炮掘工作面瓦斯涌出 过程进行研究，得出了炮掘巷道煤壁瓦斯涌出强度 随时问的变化规律，其关系符合双曲线函数，实测 结果为：g2=4943(1+t) -0.6581 3)
10、通过考察炮掘巷道煤壁瓦斯涌出强度随时问的情况，得出了煤壁瓦斯涌出的极限巷道长度，影响炮掘巷道瓦斯涌出量最大稳定值的极限长度由式(7)确定。 参考文献： 1 胡光龙，王兆丰，陈大力，等瓦斯涌出量预测方法的研究R抚顺：煤炭科学研究总院抚顺分院，1995 2 高惠璇应用多元统计分析M北京：北京大学出版社，2005 3 杨思敬，刘云生典型勘探区瓦斯测试技术R抚顺煤炭科学研究总院抚顺分院，1995 41 周世宁，林柏泉煤层瓦斯赋存与流动理论M北京煤炭工业出版社，1999 作者简介：仇海生(1979一)，男，江办射阳人，工程师，煤 炭科学研究总院安全技术及工程专业硕士研究生，一直从事矿井瓦斯安全科研工作。Tel：024241 17121，Email：jetqiu126com