采空区瓦斯浓度分布规律研究
摘要：通过对采空区顶板覆岩活动及空隙介质特征分析，采用现场束管监测的方法来测定采空区瓦斯浓度分布。根据现场观测结果进行了采空区瓦斯浓度分布状态分区，得出采空区后方0-6m范围内的瓦斯稀释的区域；6～10 m范围内的瓦斯聚集区域；10 m以外的范围是瓦斯稳定区域，并根据这个理论，本文主要分析了采空区后方的岩层活动和瓦斯浓度分布的关系，得出造成采空区瓦斯浓度分布不同的根本原因。
关键词：采空区瓦斯浓度状态分区岩层活动
Goaf gas concentration distribution
Abstract: Through the roof rock activities in gob and the porosity media features analysis, Using the method of the scene beam pipe monitoring to determine he Distribution of Gas Density in Gob. According to the scene test results divided the gas density in gob into different regions. Reaching conclusion that 0-6m behind gob is gas dilution area and 0-10m behind gob is gas Gathering area and 10m beyond is gas stabilizing area. We analyzed the rough relationship between the distribution of gas density in gob and the strata movement. We get the basic causing that the different on the distribution of gas density in gob.
Keywords: Gob; the gas density ; State partitions; Strata movement
1 引言
随着煤层工作面向前推进，由原始的煤层、围岩与瓦斯流体组成的平衡状态遭到破坏，工作面后方的煤层顶板不断冒落下来形成采空区，采空区上方煤层、岩层产生变形、下沉及断裂等变化形成裂隙、裂纹，从而改变了瓦斯原来的流动状态和赋存状态[1-4]。瓦斯从煤层及围岩中通过贯穿的空隙空间向采空区和采场流动，甚至大量的涌出。为了有效地治理工作面瓦斯，研究采空区瓦斯浓度分布规律，掌握采空区瓦斯浓度分布情况，以及它与工作面上隅角瓦斯积聚的关系，对矿井瓦斯灾害防治、防治瓦斯涌入工作面、采空区瓦斯抽放和煤与瓦斯共采技术的实现有重要的现实意义[5-7]。
2 采空区瓦斯浓度分布的测定方法和结果
采用现场束管监测的方法进行测量，具体方法是将直径为6 mm 的胶管沿着回风巷上帮着埋入采空区内，将其装入在直径为25 mm 的硬胶管内部，并将其加以保护，而架木垛保护则是在测管的捡起口周围，这样进气口就受到了岩石垮落和砸坏等方面的保护。（如图1）测量工作都是对着工作面的前进在不断推进，同时进气口的木垛保护也将进入采空区的范围之内，并且将采空区域内的瓦斯抽出来的是用抽气气囊通过测气管来进行的，这些方面做完之后则是运用分布
式光纤瓦斯的检定器，来测试抽取出来的瓦斯浓度情况，分别对采空区内瓦斯与工作面瓦斯之间不同距离内的浓度与变化规律。
测量时随着工作面不断向前推进，木垛保护的进气口逐渐进入采空区，用抽气气囊通过测气管将采空区内的瓦斯抽取出来，然后用分布式光纤瓦斯检定器测定瓦斯浓度，分别考察距工作面不同距离处采空区瓦斯浓度及其变化规律。
这次的检测一共要进行2次，每次在30 m埋入测试管，其中测试的时间为每次15天，同时每天都要测量9次，且都是在不同的时间段内进行，测量人员记录测量时的瓦斯浓度值和时间。
通过这2次的埋管测量，其测量结构在Excel的表格中进行的相关处理，并根据处理结构绘制出采空区瓦斯浓度与距工作面的距离关系曲线图，如图2（a），（b）所示。
3 采空区瓦斯浓度分布测定结果分析
采空区瓦斯浓度分布通过对测定结果的分析有以下几方面的规律。
(1)从工作面到采空区后方6m范围内瓦斯浓度变化不大，在0.8%上下波动。
根据现场调研，造成此现象的原因为:(1) 测量面直接顶厚度是约1米的砂质泥岩，砂质泥岩随着工作面的推进，不断垮落，因此靠近工作面附近的采空区直接顶处于初始冒落状态、岩石松散地排列极不规则且有较大的空隙。通过支架空隙大量的新鲜风流从进风巷流进采空区，进入采空区的新鲜风流对其内原有的瓦斯进行混合稀释后，又在通风负压的作用下，从工作面上隅角涌出，且越靠近工作面，风流风速越大，因而对瓦斯的稀释、运移作用程度越大，瓦斯浓度变小，造成此范围内采空区的瓦斯浓度较低。如图3所示。(2)由于测量面老顶是约6米厚左右的细砂岩和中粒粗砂岩组成，岩性较硬，随着工作面的推进呈周期性垮落，在垮落之前，采空区形成一定范围的不垮落空间，如图4所示。采空区瓦斯在浓度差的作用下从高瓦斯区域向低瓦斯区域扩散，并融入到工作面的风流中随着风流进入回风巷，造成从工作面到采空区后方6m范围内瓦斯浓度变化不大，如图5所示。
(2)采空区距工作面6-10m之间时，瓦斯浓度逐渐增大，最大达到2.4%。
这主要是因为此阶段老顶还没有完全垮落，但随着工作面的不断推进采空区老顶也逐渐下沉，距离工作面越远，老顶下沉越严重，在采空区形成了一个三角形状的不垮落空间，如图4所示，而处于此三
角形最深处的空间由于距离工作面较远，漏风流很小，对瓦斯运移作用甚微，导致此区域内的瓦斯得不到很好的稀释作用。同时由于此角落内瓦斯存在空间的缩减，而岩层的裂隙增大，造成采空区瓦斯通过岩层裂隙运移到此空间在此聚集，造成采空区距工作面6-10m之间时，瓦斯浓度增大。
(3)采空区距工作面l10m以外，瓦斯浓度逐渐减小并趋于稳定状态，瓦斯浓度在1.4%上下波动。
这主要是因为在距工作面较远的采空区垮落的岩块已经逐渐被压实，岩层的裂隙减小，使瓦斯的运移能力减弱，周围瓦斯很难流入进来，瓦斯来源减小，因此瓦斯的涌出也趋于稳定。
4 采空区瓦斯浓度分布状态分区
为了更好的分析采空区内的瓦斯浓度分布规律，根据现场观测结果进行了采空区瓦斯浓度分布状态分区，如图6所示。
(1) A为瓦斯释稀区:此区范围为从工作面到采空区后方6m左右距离，此区岩层活动特点为直接顶处于初始冒落状态、岩石松散地排
