侯文梓

（山西汾西正令煤业有限责任公司，山西 孝义 032300）

瓦斯是制约矿井生产安全的因素之一，掌握回采工作面瓦斯涌出规律可有效指导后续瓦斯治理工作开展[1-2]。矿井瓦斯赋存与煤厚、埋深、围岩岩性以及构造等因素相关，同时采面回采速度、采煤工艺及通风方法也会影响瓦斯涌出[3-5]。根据有关研究成果，现阶段生产矿井中约有68%以上回采工作面存在瓦斯涌出量大的问题[6]。众多的研究学者对采面瓦斯涌出进行研究，但由于不同矿井间煤层赋存条件、瓦斯含量以及回采速度等差异，导致采面间瓦斯涌出以及分布规律存在一定差异[7]。为此，文中以山西某矿31101综放开采工作面为工程实例，采用现场实测方法对采面瓦斯涌出来源以及分布规律进行探讨。

1 工程概况

山西某矿为360万t/年的大型现代化矿井，31101综放工作面开采为3采区首采工作面，采面开采的11号煤层厚度介于3.7~7.3 m，均值6.27 m，倾角5°，煤层埋深深度平均320 m。现场实测11号煤层瓦斯含量为4.75~6.35 m3/t，瓦斯压力在0.57MPa，煤层透气性系数0.061~0.147 m2/（MPa2·d）。31103综放开采工作面设计倾斜长度为242m，推进长度1150m，采用两进一回通风方式，回采巷道断面均为5.0 m×3.5 m，具体采面巷道布置如图1所示。31101主运巷、辅运巷均进为进风巷，31103辅运巷用以回风，其中31101主运巷与31103辅运巷间留设有20 m宽保护煤柱。

图1 采面巷道布置示意图

2 11号煤层瓦斯含量预测

根据已有资料并结合矿井采掘期间煤层瓦斯含量测定结果，对11号煤层瓦斯含量随埋深变化情况进行预测，具体结果如图2所示。根据图2可得煤层原始瓦斯含量与埋深间本构关系，具体为：W=0.197H-1.109。式中：W为瓦斯含量；H为埋深。

图2 煤层原始瓦斯与埋藏深度间耦合曲线

从上述本构关系可以看出，随着埋深增加，11号煤层瓦斯含量呈逐渐递增趋势，埋深增加100 m，瓦斯含量增大约1.97 m3。

3 采面瓦斯涌出来源

3.1 本煤层瓦斯涌出

工作面在回采初期瓦斯涌出主要来源于本煤层，采空区以及邻近层瓦斯涌出量较低，可忽略不计。本煤层瓦斯涌出在停采时主要来源于煤壁，正常生产时来源为煤壁及落煤。在对采面瓦斯涌出进现场检测期间发现，采面正常回采期间瓦斯涌出量平均为7.67m3/min，停采期间瓦斯涌出量为5.65 m3/min，因此确定工作面正常回采期间落煤瓦斯涌出量约为2.02 m3/min。

3.2 采空区瓦斯涌出

在采面开始回采时由于采空区尚未形成，因此不会有采空区瓦斯涌出；当采面推进至初次来压步距前，邻近层瓦斯涌出量可忽略不计，采面瓦斯涌出主要为本煤层瓦斯以及采空区瓦斯。在采面初次来压前，采面瓦斯涌出量约为12.5 m3/min，初采期间采面瓦斯涌出量平均为7.67 m3/min，因此确定采空区瓦斯涌出量为2.83 m3/min。

3.3 邻近层瓦斯涌出

工作面在初采期间由于顶板未垮落、顶板裂隙不发育，邻近层向回采空间内涌出瓦斯基本为0；随着采面推进距离增加，顶板裂隙高度以及程度不断增加，邻近层瓦斯通过裂隙向回采空间不断涌出，因此可将采面基本顶初次来压前后采面瓦斯涌出差作为邻近层瓦斯涌出量。现场矿压监测发现基本顶初次来压步距约为28 m，基本顶垮落后采面瓦斯涌出量13.91 m3/min，瓦斯涌出量较初次来压前（12.5 m3/min）增加约16.41 m3/min。因此，可判定采面邻近层瓦斯涌出量约为16.41 m3/min。

通过上述检测发现，采面煤壁、落煤、采空区以及邻近层瓦斯涌出占比分别为21.0%、7.5%、10.5%、61.0%，具体统计结果如表1所示。

表1 采面瓦斯涌出来源统计结果

4 采面瓦斯分布规律

在采面切眼内进风巷20 m位置开始布置第一测点，此后间隔25 m布置一排测点，共计布置8排测点，每排测站包含5个测点，对采面切眼内瓦斯浓度分布情况进行测定。采面切眼内每排测点分布情况如图3所示。

图3 切眼内每排测点分布示意图

测点浓度测定从3月5号开始至3月20号结束，3月8号、3月12号以及3月16号具体瓦斯浓度测定结果如图4所示。

从图4看出，在采面切眼倾向方向上，随着测点与回风巷间距缩小，测点瓦斯浓度逐渐增加，增加曲线基本呈线性；在切眼倾向方向上，1号—4号测点间（即液压支架支柱前后区间）各个测点瓦斯浓度变化不大，5号测点瓦斯浓度显著增加（立柱后~放煤点），瓦斯浓度测定值均在安全范围内。

图4 瓦斯浓度测定结果

5 结论

1）31101综工作面回采期间瓦斯来源为煤壁、落煤、采空区以及邻近层，瓦斯涌出量均值为13.64 m3/min，其中煤壁、落煤、采空区以及邻近层瓦斯涌出量分别为5.65 m3/min、2.02 m3/min、0.93 m3/min、0.72 m3/min，占比分别为41.42%、14.81%、35.41%、8.36%。采面本煤层瓦斯涌出占采面瓦斯涌出的主导地位，主要是由于采面开采强度高导致；采空区瓦斯涌出占次要地位，但是整体涌出量较高，容易导致回风隅角、回风巷等位置瓦斯超限。

2）对采面切眼内瓦斯浓度分布进行测定，发现切眼内回风上隅角、液压支架面立柱后到放煤点瓦斯浓度整体较高。在后续采面回采过程中可通过采空区埋管、施工高位瓦斯抽采钻孔等方式降低采空区以及邻近层瓦斯涌出。