【摘 要】本文以石台矿II3118综放工作面瓦斯积聚危险为研究对象，分析了II3118综放工作面及其采空区瓦斯涌出及其分布的统计规律，并针对该面瓦斯抽放的具体情况，指出了瓦斯抽放系统的优化方向。
【关键词】综采工作面；瓦斯涌出；分布规律
1 回采工作面瓦斯涌出的影响因素
工作面内涌出瓦斯的地点称为瓦斯源，回采工作面瓦斯涌出源主要有三部分，即落煤瓦斯涌出、煤壁瓦斯涌出和采空区瓦斯涌出。
影响瓦斯涌出的几个主要因素包括：（1）煤层和围岩的瓦斯含量；（2）煤层开采深度；（3）煤层开采顺序与开采方法；（4）地面大气压力的变化。一般而言，所采煤层瓦斯含量越高，煤层开采深度越深，布置在煤层群首采煤层中的工作面，采用陷落柱管理顶板的工作面，以及大气压下降时，工作面瓦斯涌出量较大。
2 石台矿II3118工作面自然生产条件
II3118工作面位于石台矿II1采区下部，左和下为未开采区，右为Fj2断层，上为II3116采空区。该面走向长364m，倾斜长154m，布置于矿井主采3煤层中，可采储量30.54 万吨。煤层顶板由泥岩的直接顶和中细沙岩的老顶组成，底板以碳质泥岩、细砂岩为主。该面煤层赋存较为稳定，煤厚4.15m，局部含夹肝，厚0.1～0.2m，煤层顶板普遍侵蚀变为天然焦和火成岩混合体，煤层倾角13～25o。煤层性脆易碎，普氏硬度系数为0.8-1.5。
该面煤层瓦斯成分以CH4为主，次为CO2，以及N2等。预计工作面回采期间瓦斯涌出量为7.5m3/min，最大9.0m3/min。
II3118工作面采用走向长臂综合机械化放顶煤，全部垮落法管理顶板的采煤方法，平均采高2.0m。工作面以U型方式通风，计划配风量950m3/min。工作面瓦斯采用抽放和风排相结合的方法，以瓦斯抽放为主解决瓦斯问题。
3 工作面瓦斯分布规律分析
3.1 瓦斯运移的基本形式分析
在正常通风条件下，从暴露的煤体或围岩中释放出来的瓦斯，以分子扩散、紊流脉动扩散、对流驱替运移等方式，在近壁底层、过渡流动区和主流动区扩散运移。如果通风状态良好，每个瓦斯扩散运移环节不出现阻碍，瓦斯就能顺利地随风流排出。如果某地点某环节风流不畅，通风不良，瓦斯则在某地点某个瓦斯扩散运移环节受阻，将出现瓦斯积聚。
3.2 石台矿II3118工作面瓦斯分布规律分析
为掌握综采工作面瓦斯涌出及分布规律，真实反映工作面风流中瓦斯实际情况，我们对II3118综采工作面进行了测定工作。测定时，沿工作面倾向每隔10架设一个区段，每个区段从煤壁至架尾布置 3 个测点，在进、回风巷各布置一个测点，测量各测点在不同条件下的瓦斯浓度。然后根据实际所测数据，分析瓦斯涌出规律。
（1）工作面倾斜方向瓦斯浓度分布规律。
从实测数据分析，瓦斯浓度分布在同一时间大致按照进风、工作面、回风，依次增大。进风到采面中部范围内瓦斯浓度变化不大，采面中部到回风上隅角瓦斯浓度增加较快，尤其是靠近回风侧 30m 范围内瓦斯浓度较高。
（1）沿走向方向的瓦斯浓度分布规律。
在工作面上半部，瓦斯浓度由煤壁向采空区迅速减小；在工作面下半部分，瓦斯浓度由煤壁至采空区由大到小、再到大，呈一倒“马鞍”形。
（3）瓦斯抽放对瓦斯浓度分布规律的影响。石台矿II3118 工作面瓦斯采取的抽放措施有：采前顺层孔预抽，采空区埋管及高位孔抽放。沿工作面倾斜方向，瓦斯浓度从进风到回风瓦斯浓度逐渐增大且尤其距回风 30 米左右瓦斯浓度较高。究其原因是因为靠近回风侧的风流的瓦斯是前面巷道瓦斯涌出和当前巷道瓦斯涌出之和，故瓦斯浓度逐渐增大。且进风侧由于风压的影响采空区瓦斯不能涌入工作面，而到靠近回风侧时，随风压的减少采空区瓦斯涌入工作面导致工作面瓦斯浓度增大。而采空区抽放可以有效地降低采空区瓦斯的含量，所以可以降低后一种原因对工作面瓦斯浓度增大的影响。
沿工作面走向方向，瓦斯浓度由煤壁至采空区由大到小、再到大，呈一倒“马鞍”形，是因为煤壁和采空区都会有瓦斯涌出，所以瓦斯浓度会出现这样的规律。而采前预抽和采空区抽放可以有效地降低煤壁和采空区的瓦斯涌出，所以抽放会减弱这种变化。
（4）采煤机割煤时采面瓦斯分布的不稳定性。当采煤机割煤时，采面瓦斯大体上仍符合上述规律，但瓦斯涌出更加不均衡。通过采煤机在不同位置时，对测点的测量发现，由于采煤机位置不断改变且时采时停，其位置改变对采面瓦斯分布影响较大，当采煤机由进风侧向工作面中部割煤过程中，采面瓦斯涌出量增幅不大。当采煤机在工作面中部继续向回风方向割煤时，此范围内，原来漏入采空区的风流携带瓦斯逐渐返回采煤工作面，使采煤工作面瓦斯涌出量逐渐增加。在靠近回风 30m 范围内，采煤机在此段采煤、推留、移架，使采面断面减小，阻力增大，一部分风流再次通过架间漏入采空区，由于漏风线路短，风流在很短时间内返回采面，同时将支架后面的较高浓度瓦斯带出，使采面瓦斯急剧增加，造成集中涌出，综采工作面瓦斯超限一般都是在此段生产时造成的。
3.3 采空区瓦斯分布规律分析
对于回采工作面，采空区瓦斯涌出可分为四部分，即围岩瓦斯涌出、未采分层瓦斯涌出、回采丢煤瓦斯涌出和邻近层瓦斯涌出。这四部分瓦斯随着采场内煤层、岩层的变形或垮落而卸压，按各自的规律涌入采空区，混合在一起。然后，在浓度差和通风负压的作用下涌向工作面。
3.3.1 采空区瓦斯涌出有效长度的测定
把采面刚推过后形成的一段采空区作为研究对象，这段采空区在顶板垮落卸压后，瓦斯不断地涌到工作面，但工作面继续推进时，该段采空区内瓦斯涌出量逐渐衰减，同时由于距采面距离越来越远，该段采空区内涌出的瓦斯已没有足够的能量运移到工作面，此时，此段采空区距采面切眼的距离就是采空区的有效涌出长度。即该长度以内采空区向采面涌出的瓦斯对采面影响较大，而在大于该长度的采空区范围内，采空区向采面涌出的瓦斯已很小，对采面影响可以忽略。该长度受顶板条件、推进速度等影响较大。根据实测，对于II3118工作面，当采面推进50m 左右，采空区瓦斯涌出量基本达到稳定，因此，50m可认为是II3118采面的采空区瓦斯有效涌出长度。 3.3.2 采空区瓦斯浓度分布规律
查明采空区瓦斯浓度分布和高浓度瓦斯区域的位置，对选择合理的采空区瓦斯抽放方法和优化抽放参数十分重要。
为测定采空区瓦斯浓度分布状况，在II3118 综采工作面布置了测试管路系统，测管沿回风巷埋入采空区。随着工作面不断向前推进，观测点逐渐进入采空区，通过测管抽取采空
区的气样测定瓦斯浓度，考察距工作面不同距离的采空区瓦斯浓度及其变化规律。
（1）采空区瓦斯浓度的测定结果
沿工作面走向方向采空区瓦斯浓度变化规律
①采空区距工作面 15m 范围内，瓦斯浓度变化不明显；
②采空区距工作面 15- 35m 之间时，瓦斯浓度逐渐增大；
③如果进行采空区瓦斯抽放，抽放的最佳位置是采空区距工作面 35～50m 左右。
沿工作面倾斜方向采空区瓦斯浓度变化规律
①在距离工作面较近区域，由于采空区漏风流流动对瓦斯的运移作用，从进风侧向回风侧方向，瓦斯浓度逐渐增大。
②距工作面较远的采空区深处，采空区风流速度较小，对瓦斯运移作用微弱，采空区的瓦斯浓度在宽度方向上两侧的差别不大。
③由于采空区瓦斯涌出，致使工作面上隅角处瓦斯积聚严重，故应加强采空区瓦斯抽放或引排，以消除瓦斯隐患，确保安全生产。
（2）结果分析
①距工作面15m 范围内采空区瓦斯浓度不高的原因是：靠近工作面附近的采空区岩石处于初始冒落，再加上工作面的进、回风巷支护较好，顶板垮落不严重，形成 5-15m的不垮落空间，大量的新鲜风从进风巷漏入采空区，漏风流对采空区内的瓦斯稀释、混合后，又在通风负压作用下，从工作面上隅角涌出，靠近工作面的区域风速大，对瓦斯稀释、运移影响较大，是造成此范围内采空区的瓦斯浓度相对较低的直接原因。
②由于瓦斯密度低于空气密度，采空区深部由于漏风流风速较小，瓦斯自然上浮的特性比较明显，故垂直方向出现明显的上部瓦斯浓度高于下部的现象。
（3）瓦斯抽放对采空区瓦斯分布规律的影响
①瓦斯抽放对沿工作面走向方向采空区瓦斯分布规律的影响
沿工作面走向方向采空区瓦斯分布规律为：采空区距工作面15m 范围内，瓦斯浓度变化不明显；采空区距工作面15-35m 之间时，瓦斯浓度逐渐增大。而采空区抽放在采空区距工作面 35-50m 之间进行瓦斯抽放，使此范围内瓦斯浓度降低。所以瓦斯抽放使采空区 15m 后瓦斯浓度升高的幅度减小。
②瓦斯抽放对沿采空区垂直高度方向瓦斯分布规律的影响
沿采空区垂直高度方向瓦斯分布规律为：沿采空区垂直高度方向，顶板处瓦斯浓度比底板处瓦斯浓度高。所以抽放管管口应尽量靠近采空区的顶板。使沿采空区垂直高度方向瓦斯分布变化减弱。
4 小结
本文首先分析了影响瓦斯涌出的主要因素，然后在分段测定法的现场实测数据基础上对综采工作面的瓦斯在走向方向和倾斜方向上的分布规律进行了分析，最后根据石台矿II3118 工作面的抽放情况，分析了瓦斯抽放对工作面及其采空区瓦斯涌出分布规律的影响。
参考文献：
[1]李德洋，张兴华.高产高效工作面瓦斯涌出规律及防治方法[J].矿业安全与环保，1999（3）.
[2]王德明.矿井通风与安全[M].中国矿业大学出版社，2007（10）.
[3]邓志刚.潞安矿区高强度开采煤体渗透率及瓦斯运移规律研究[D].硕士学位论文，2007.
作者简介：
任经锋（1983—）男，安徽淮北人，学士，助理工程师，从事矿井通风安全工作，任通风区副区长。
【摘 要】本文以石台矿II3118综放工作面瓦斯积聚危险为研究对象，分析了II3118综放工作面及其采空区瓦斯涌出及其分布的统计规律，并针对该面瓦斯抽放的具体情况，指出了瓦斯抽放系统的优化方向。
【关键词】综采工作面；瓦斯涌出；分布规律
1 回采工作面瓦斯涌出的影响因素
工作面内涌出瓦斯的地点称为瓦斯源，回采工作面瓦斯涌出源主要有三部分，即落煤瓦斯涌出、煤壁瓦斯涌出和采空区瓦斯涌出。
影响瓦斯涌出的几个主要因素包括：（1）煤层和围岩的瓦斯含量；（2）煤层开采深度；（3）煤层开采顺序与开采方法；（4）地面大气压力的变化。一般而言，所采煤层瓦斯含量越高，煤层开采深度越深，布置在煤层群首采煤层中的工作面，采用陷落柱管理顶板的工作面，以及大气压下降时，工作面瓦斯涌出量较大。
2 石台矿II3118工作面自然生产条件
II3118工作面位于石台矿II1采区下部，左和下为未开采区，右为Fj2断层，上为II3116采空区。该面走向长364m，倾斜长154m，布置于矿井主采3煤层中，可采储量30.54 万吨。煤层顶板由泥岩的直接顶和中细沙岩的老顶组成，底板以碳质泥岩、细砂岩为主。该面煤层赋存较为稳定，煤厚4.15m，局部含夹肝，厚0.1～0.2m，煤层顶板普遍侵蚀变为天然焦和火成岩混合体，煤层倾角13～25o。煤层性脆易碎，普氏硬度系数为0.8-1.5。
该面煤层瓦斯成分以CH4为主，次为CO2，以及N2等。预计工作面回采期间瓦斯涌出量为7.5m3/min，最大9.0m3/min。
II3118工作面采用走向长臂综合机械化放顶煤，全部垮落法管理顶板的采煤方法，平均采高2.0m。工作面以U型方式通风，计划配风量950m3/min。工作面瓦斯采用抽放和风排相结合的方法，以瓦斯抽放为主解决瓦斯问题。
3 工作面瓦斯分布规律分析
3.1 瓦斯运移的基本形式分析
在正常通风条件下，从暴露的煤体或围岩中释放出来的瓦斯，以分子扩散、紊流脉动扩散、对流驱替运移等方式，在近壁底层、过渡流动区和主流动区扩散运移。如果通风状态良好，每个瓦斯扩散运移环节不出现阻碍，瓦斯就能顺利地随风流排出。如果某地点某环节风流不畅，通风不良，瓦斯则在某地点某个瓦斯扩散运移环节受阻，将出现瓦斯积聚。
3.2 石台矿II3118工作面瓦斯分布规律分析
为掌握综采工作面瓦斯涌出及分布规律，真实反映工作面风流中瓦斯实际情况，我们对II3118综采工作面进行了测定工作。测定时，沿工作面倾向每隔10架设一个区段，每个区段从煤壁至架尾布置 3 个测点，在进、回风巷各布置一个测点，测量各测点在不同条件下的瓦斯浓度。然后根据实际所测数据，分析瓦斯涌出规律。
（1）工作面倾斜方向瓦斯浓度分布规律。
从实测数据分析，瓦斯浓度分布在同一时间大致按照进风、工作面、回风，依次增大。进风到采面中部范围内瓦斯浓度变化不大，采面中部到回风上隅角瓦斯浓度增加较快，尤其是靠近回风侧 30m 范围内瓦斯浓度较高。
（1）沿走向方向的瓦斯浓度分布规律。
在工作面上半部，瓦斯浓度由煤壁向采空区迅速减小；在工作面下半部分，瓦斯浓度由煤壁至采空区由大到小、再到大，呈一倒“马鞍”形。
（3）瓦斯抽放对瓦斯浓度分布规律的影响。石台矿II3118 工作面瓦斯采取的抽放措施有：采前顺层孔预抽，采空区埋管及高位孔抽放。沿工作面倾斜方向，瓦斯浓度从进风到回风瓦斯浓度逐渐增大且尤其距回风 30 米左右瓦斯浓度较高。究其原因是因为靠近回风侧的风流的瓦斯是前面巷道瓦斯涌出和当前巷道瓦斯涌出之和，故瓦斯浓度逐渐增大。且进风侧由于风压的影响采空区瓦斯不能涌入工作面，而到靠近回风侧时，随风压的减少采空区瓦斯涌入工作面导致工作面瓦斯浓度增大。而采空区抽放可以有效地降低采空区瓦斯的含量，所以可以降低后一种原因对工作面瓦斯浓度增大的影响。
沿工作面走向方向，瓦斯浓度由煤壁至采空区由大到小、再到大，呈一倒“马鞍”形，是因为煤壁和采空区都会有瓦斯涌出，所以瓦斯浓度会出现这样的规律。而采前预抽和采空区抽放可以有效地降低煤壁和采空区的瓦斯涌出，所以抽放会减弱这种变化。
（4）采煤机割煤时采面瓦斯分布的不稳定性。当采煤机割煤时，采面瓦斯大体上仍符合上述规律，但瓦斯涌出更加不均衡。通过采煤机在不同位置时，对测点的测量发现，由于采煤机位置不断改变且时采时停，其位置改变对采面瓦斯分布影响较大，当采煤机由进风侧向工作面中部割煤过程中，采面瓦斯涌出量增幅不大。当采煤机在工作面中部继续向回风方向割煤时，此范围内，原来漏入采空区的风流携带瓦斯逐渐返回采煤工作面，使采煤工作面瓦斯涌出量逐渐增加。在靠近回风 30m 范围内，采煤机在此段采煤、推留、移架，使采面断面减小，阻力增大，一部分风流再次通过架间漏入采空区，由于漏风线路短，风流在很短时间内返回采面，同时将支架后面的较高浓度瓦斯带出，使采面瓦斯急剧增加，造成集中涌出，综采工作面瓦斯超限一般都是在此段生产时造成的。
3.3 采空区瓦斯分布规律分析
对于回采工作面，采空区瓦斯涌出可分为四部分，即围岩瓦斯涌出、未采分层瓦斯涌出、回采丢煤瓦斯涌出和邻近层瓦斯涌出。这四部分瓦斯随着采场内煤层、岩层的变形或垮落而卸压，按各自的规律涌入采空区，混合在一起。然后，在浓度差和通风负压的作用下涌向工作面。
3.3.1 采空区瓦斯涌出有效长度的测定
把采面刚推过后形成的一段采空区作为研究对象，这段采空区在顶板垮落卸压后，瓦斯不断地涌到工作面，但工作面继续推进时，该段采空区内瓦斯涌出量逐渐衰减，同时由于距采面距离越来越远，该段采空区内涌出的瓦斯已没有足够的能量运移到工作面，此时，此段采空区距采面切眼的距离就是采空区的有效涌出长度。即该长度以内采空区向采面涌出的瓦斯对采面影响较大，而在大于该长度的采空区范围内，采空区向采面涌出的瓦斯已很小，对采面影响可以忽略。该长度受顶板条件、推进速度等影响较大。根据实测，对于II3118工作面，当采面推进50m 左右，采空区瓦斯涌出量基本达到稳定，因此，50m可认为是II3118采面的采空区瓦斯有效涌出长度。 3.3.2 采空区瓦斯浓度分布规律
查明采空区瓦斯浓度分布和高浓度瓦斯区域的位置，对选择合理的采空区瓦斯抽放方法和优化抽放参数十分重要。
为测定采空区瓦斯浓度分布状况，在II3118 综采工作面布置了测试管路系统，测管沿回风巷埋入采空区。随着工作面不断向前推进，观测点逐渐进入采空区，通过测管抽取采空
区的气样测定瓦斯浓度，考察距工作面不同距离的采空区瓦斯浓度及其变化规律。
（1）采空区瓦斯浓度的测定结果
沿工作面走向方向采空区瓦斯浓度变化规律
①采空区距工作面 15m 范围内，瓦斯浓度变化不明显；
②采空区距工作面 15- 35m 之间时，瓦斯浓度逐渐增大；
③如果进行采空区瓦斯抽放，抽放的最佳位置是采空区距工作面 35～50m 左右。
沿工作面倾斜方向采空区瓦斯浓度变化规律
①在距离工作面较近区域，由于采空区漏风流流动对瓦斯的运移作用，从进风侧向回风侧方向，瓦斯浓度逐渐增大。
②距工作面较远的采空区深处，采空区风流速度较小，对瓦斯运移作用微弱，采空区的瓦斯浓度在宽度方向上两侧的差别不大。
③由于采空区瓦斯涌出，致使工作面上隅角处瓦斯积聚严重，故应加强采空区瓦斯抽放或引排，以消除瓦斯隐患，确保安全生产。
（2）结果分析
①距工作面15m 范围内采空区瓦斯浓度不高的原因是：靠近工作面附近的采空区岩石处于初始冒落，再加上工作面的进、回风巷支护较好，顶板垮落不严重，形成 5-15m的不垮落空间，大量的新鲜风从进风巷漏入采空区，漏风流对采空区内的瓦斯稀释、混合后，又在通风负压作用下，从工作面上隅角涌出，靠近工作面的区域风速大，对瓦斯稀释、运移影响较大，是造成此范围内采空区的瓦斯浓度相对较低的直接原因。
②由于瓦斯密度低于空气密度，采空区深部由于漏风流风速较小，瓦斯自然上浮的特性比较明显，故垂直方向出现明显的上部瓦斯浓度高于下部的现象。
（3）瓦斯抽放对采空区瓦斯分布规律的影响
①瓦斯抽放对沿工作面走向方向采空区瓦斯分布规律的影响
沿工作面走向方向采空区瓦斯分布规律为：采空区距工作面15m 范围内，瓦斯浓度变化不明显；采空区距工作面15-35m 之间时，瓦斯浓度逐渐增大。而采空区抽放在采空区距工作面 35-50m 之间进行瓦斯抽放，使此范围内瓦斯浓度降低。所以瓦斯抽放使采空区 15m 后瓦斯浓度升高的幅度减小。
②瓦斯抽放对沿采空区垂直高度方向瓦斯分布规律的影响
沿采空区垂直高度方向瓦斯分布规律为：沿采空区垂直高度方向，顶板处瓦斯浓度比底板处瓦斯浓度高。所以抽放管管口应尽量靠近采空区的顶板。使沿采空区垂直高度方向瓦斯分布变化减弱。
4 小结
本文首先分析了影响瓦斯涌出的主要因素，然后在分段测定法的现场实测数据基础上对综采工作面的瓦斯在走向方向和倾斜方向上的分布规律进行了分析，最后根据石台矿II3118 工作面的抽放情况，分析了瓦斯抽放对工作面及其采空区瓦斯涌出分布规律的影响。
参考文献：
[1]李德洋，张兴华.高产高效工作面瓦斯涌出规律及防治方法[J].矿业安全与环保，1999（3）.
[2]王德明.矿井通风与安全[M].中国矿业大学出版社，2007（10）.
[3]邓志刚.潞安矿区高强度开采煤体渗透率及瓦斯运移规律研究[D].硕士学位论文，2007.
作者简介：
任经锋（1983—）男，安徽淮北人，学士，助理工程师，从事矿井通风安全工作，任通风区副区长。