为准确量化和动态反映工作面采空区瓦斯涌出来源,以沁水盆地寺河矿为研究区,通过分层采集煤体解吸瓦斯,测试分析了3#主采煤层及其7层邻近煤层解吸瓦斯气中CH4、C2H6、CO2的稳定碳同位素、CH4氢同位素及瓦斯组成成分,分析了本煤层、邻近煤层解吸瓦斯组分及稳定碳氢同位素分布特征,建立了基于稳定碳氢同位素和组分特征值的采空区瓦斯分源计算模型,实现沿走向采空区内各煤层瓦斯来源的量化分源计算,并完成了与传统分源预测计算结果的对比分析。研究表明,寺河矿主要煤层解吸气和稳定碳氢同位素在各煤层间和同一煤层均存在差异,总体表现为瓦斯中甲烷浓度随煤层深度变深增大,瓦斯碳氢同位素随深度增大出现偏重的特点,5302工作面采空区沿走向瓦斯涌出动态变化过程可以分为本煤层涌入主体阶段、近邻近层涌入过渡阶段、动态平衡稳定阶段。随工作面推进,采空区内3#煤瓦斯涌出逐渐下降,最终稳定在20%25%的稳定区间,近邻近层呈现先升后降并趋稳的特征,最终稳定在20%25%,9#煤和15#煤瓦斯涌入主要在滞后工作面110m后逐渐上升后趋稳,9#煤瓦斯最终占比20%25%,15#煤瓦斯最终占比30%35%.稳定碳氢同位素采空区量化分源结论与传统分源预测结论相比,反映了采空区内各煤层瓦斯涌出的动态演化过程,相比分源预测结论更加贴近工作面生产实际。研究成果为采空区瓦斯精准治理提供了依据,对其它异常瓦斯涌出的来源识别也具有指导意义。

国家重大科学仪器研制项目(51427804)；国家重点研发计划“公共安全风险防控与应急技术装备”重点专项(2016YFC0801402,2016YFC0801404)；