內(nèi)錯尾巷在五礦綜放工作面瓦斯治理中的試驗與應用

               五礦  王冬平、王晉生、康添惠、韓瑞平

摘要  貴石溝礦井主采15#煤層，屬高瓦斯礦井，近年來，隨著工作面單產(chǎn)的增加，工作面瓦斯涌出呈現(xiàn)上升趨勢，同時，由于上部煤層均未開采，受采動影響，上鄰近層瓦斯經(jīng)走向高抽巷抽放后部分殘留瓦斯涌向采場，造成工作面瓦斯超限現(xiàn)象嚴重，為緩減工作面瓦斯超限問題，我礦進行工作面布置內(nèi)錯尾巷瓦斯治理試驗。

關(guān)健詞       內(nèi)錯尾巷    瓦斯治理試驗  

 中圖分類號TD712.6

1、礦井基本概況：

陽煤集團五礦貴石溝井是全國特大型礦井之一，隸屬于陽泉煤業(yè)（集團）有限責任公司，位于陽泉市以南平定縣境內(nèi)，全井田總面積約67.9平方公里，于1991年12月建成投產(chǎn)，設(shè)計能力400萬噸/年。

本區(qū)地層總的走向為北西～北北西向，傾向南西，傾角一般5°～10°左右。本井田含煤地層為下二迭統(tǒng)山西組及上石炭統(tǒng)太原組，含煤15層，井田內(nèi)可采煤層均為無煙煤，煤層總厚度15米左右，含煤系數(shù)為8.4%。主要可采煤層有8#、15#二層，局部可采煤層有3#上、8#、9#上、9#下、12#五層。

該礦井開拓方式為主斜井、副立井混合開拓方式，開采技術(shù)條件簡單。綜采工作面均采用走向長壁后退式綜合機械化放頂煤一次采全高采煤法、全部垮落法管理頂板。

貴石溝井采用六進三回混合抽出式通風，礦井總風量為21989 m³/min ，2005年礦井絕對瓦斯涌出量為363.7 m³/min，單個回采工作面的絕對瓦斯涌出量高達154.9m³/min，瓦斯已成為影響該礦安全生產(chǎn)的重要因素之一。

2、礦井瓦斯賦存及涌出規(guī)律

現(xiàn)五礦貴石溝井主采煤層為15#煤，煤層平均厚度為6.8m，據(jù)五礦煤層地質(zhì)儲氣量報告顯示，陽煤五礦各煤層賦存穩(wěn)定，褶曲寬緩連續(xù)，煤層傾角多在15度以下，圍巖較致密堅硬；斷層稀少，煤層露頭少，蓋山厚度多在200m以上，且地表黃土層厚；煤體孔隙率低，變質(zhì)程度高，主要為無煙煤和貧煤；煤層透氣性低，15#煤層測定僅為0.036mD；煤層瓦斯壓力為0.05~0.2MPa，這些條件都利于甲烷賦存，同時，根據(jù)生產(chǎn)實踐及理論研究表明，15#

煤層開采時，瓦斯主要來源于開采煤層、鄰近層和圍巖三部分，其中上鄰近層瓦斯涌出占90%，下鄰近層瓦斯涌出占2%，本煤層僅占8%，同時由于貴石溝井煤層較為松軟且含一定量的硫，故在煤層開采過程中，煤層自燃也是煤礦安全開采的又一因素。近年來，隨著產(chǎn)量的逐年上升，在工作面瓦斯治理上雖然采用了頂板走向高抽巷配合后高抽進行處理上鄰近層瓦斯，（根據(jù)走向高抽巷抽放瓦斯量統(tǒng)計，回采工作面走向高抽巷瓦斯抽出率為96%）但回采過程中工作面后溜、上隅角瓦斯?jié)舛热蕴幱谂R界狀態(tài)，影響了工作面的安全生產(chǎn)，為解決這一問題，五礦在采煤工作面通風方式上進行 “U”型通風和“U+L”通風試驗，但由于工作面瓦斯涌出量大及自燃發(fā)火原因，效果均不理想，在此研究的基礎(chǔ)上進行“U+I” 通風方式的嘗試以解決工作面初采期和回采期間瓦斯問題。

3、內(nèi)錯尾巷試驗工作面概況及瓦斯治理效果

3．1 工作面概況：

8125工作面位于貴石溝井西北翼采區(qū)，該工作面走向長為830m，傾向長160m，工作面進風巷、回風巷沿15號煤底板布置，其斷面12m²，內(nèi)尾巷沿15號煤層頂板布置，其斷面為9m²，距回風順槽水平距離為30m。

8125綜放工作面采用一次采全高的綜放工藝，配備AM—500型雙滾筒采煤一臺雙向割煤，往返一次進兩刀，采高控制在2.5米左右。工作面支架型號為： FDC440—1.75/2.6放頂煤支架，工作面采用兩部工作溜運煤，前部工作溜型號為SGE—764/320，后部工作溜型號為SGB—630/220。

8125工作面于2005年5月12日開采， 2006年4月13日采完，平均月推進度為66m。

該工作面采用U+I型通風系統(tǒng)，正常開采時工作面風量分布情況：工作面進風866m³/min，回風623m³/min，內(nèi)錯尾巷255m³/min，配合走向高抽巷抽放上鄰近層瓦斯。

3．2 內(nèi)錯尾巷治理瓦斯效果

3．2．1  工作面初采期瓦斯的涌出情況

8125工作面初采20m范圍內(nèi)時，工作面進風平均風量839m³/min，回風平均風量564m³/min，內(nèi)錯尾巷平均風量279m³/min，工作面絕對瓦斯涌出量3.62m³/min，回風排瓦斯量為2.13 m³/min，內(nèi)尾排放瓦斯量為1.49 m³/min，內(nèi)尾排放瓦斯量占風排瓦斯量的41.16%。由于內(nèi)錯尾巷貫穿于整個工作面，故在工作面推進20m范圍時，工作面回風基本不存在瓦斯超限現(xiàn)象，同時初采期瓦斯涌出情況統(tǒng)計可知：本煤層瓦斯涌出量為2.07m³/t。

8125工作面初采期間20米范圍內(nèi)瓦斯斯?jié)舛茸兓挥[表

3．2．2 工作面正常開采時瓦斯涌出情況

工作面正常開采期間工作面進風810--1148 m³/min，平均風量為956 m³/min ，回風風量603--731m³/min，平均風量為653 m³/min，尾巷風量為112--425 m³/min，平均風量為313m³/min，在正常生產(chǎn)期間，8125綜放面平均瓦斯涌出為116.04m³/min，其中回風排放瓦斯量為2.85 m³/min，尾巷排放瓦斯量為4.12 m³/min占風排瓦斯量的59.11%，顯然內(nèi)錯尾巷在綜放面的瓦斯治理中起到了一定的作用。

3．2．3 內(nèi)錯尾巷在工作面塌透時瓦斯分布情況及治理效果：

由于五礦煤層屬松軟煤層，且受煤層賦存條件影響，在工作面推進82米時，工作面切巷與內(nèi)錯尾巷多次出現(xiàn)塌透，導致內(nèi)錯尾巷排放瓦斯口負壓降低，工作面后溜瓦斯超限。在此期間，工作面風量及瓦斯分布，工作面進風835m³/min，回風465m³/min，內(nèi)錯尾巷384m³/min，工作面絕對瓦斯涌出量128.91m³/min，其中抽放瓦斯量為125.13m³/min，風排瓦斯量4.78m³/min，回風風排瓦斯量為3.39m³/min，內(nèi)錯尾巷排放瓦斯量1.39m³/min占風排瓦斯量的29.07%。根據(jù)在此期間瓦斯情況統(tǒng)計：工作面切巷與內(nèi)錯尾巷共塌透23次，工作面斷電75次，累計時間為1408min，其中一個生產(chǎn)原班斷電次數(shù)高達11次，回風上隅角和后部溜電機附近的瓦斯?jié)舛雀哌_3%。

為解決回風上隅角和后部溜電機附近瓦斯超限問題，8125工作面開采期間采取如下安全措施：

（1）在回采過程中，內(nèi)錯尾巷前后10米范圍內(nèi)嚴格控制采高，采高不得超出采煤機最低采高的10%，由采煤隊、安監(jiān)處、地質(zhì)測量部及生產(chǎn)技術(shù)部督促檢查。

（2）內(nèi)錯尾巷一旦與工作面塌透，工作面立即停產(chǎn)，由通風人員負責生產(chǎn)隊組配合對內(nèi)錯尾巷透口進行封堵。封堵后經(jīng)檢查各處瓦斯均不超限時方可復產(chǎn)。復產(chǎn)后采煤隊在內(nèi)錯尾巷前后各5m范圍內(nèi)提前伸前探梁至煤幫并在此范圍內(nèi)不得放頂煤，待穩(wěn)定后征得生產(chǎn)技術(shù)部同意、通風隊現(xiàn)場驗收同意后，方可恢復生產(chǎn)。

（3）通風隊回采專職瓦檢工要在內(nèi)錯尾巷位置的切巷頂部設(shè)點進行檢查，每班檢查次數(shù)不少于3次，塌透后，每班檢查不少于6次，并將檢查情況及時匯報通風調(diào)度。

（4）8125內(nèi)錯尾巷600m進行鋪雙層金屬網(wǎng)并每隔20m打一根中柱，以減少工作面塌透次數(shù)。

（5）在8125工作面聯(lián)巷安設(shè)一臺28kw局扇，將直徑600mm風筒供至內(nèi)錯尾巷，以增加內(nèi)錯尾巷的風量，緩減內(nèi)錯尾巷瓦斯超限問題。

通過這一舉措，8125工作面開采期間內(nèi)錯尾巷起到了明顯的效果。在此階段瓦斯處理情況：工作面進風826m³/min，回風603m³/min，內(nèi)錯尾巷425m³/min（含外送風量），工作面絕對瓦斯涌出量126.52m³/min，其中抽放瓦斯量為120.33m³/min，風排瓦斯量為7.16m³/min，其中回風風排瓦斯量為2.41m³/min，內(nèi)錯尾巷排放瓦斯量4.75m³/min占風排瓦斯量的66.34%。同時回風風上隅角和后部溜電機附近的瓦斯?jié)舛冉抵?/span>1.5%以下，內(nèi)錯尾巷的瓦斯控控制在1.2~2.5%之間。但隨著工作面的推進，內(nèi)錯尾巷的不斷維護，在工作面推進至197米后，內(nèi)錯尾巷的瓦斯穩(wěn)定在0.9---2%，內(nèi)尾外送風機隨之取消。

3．2．4 8125工作面正常開采過程內(nèi)錯尾巷與回風負壓分布情況

在8125工作面推進80m與590m時，根據(jù)8125內(nèi)錯尾巷正常運行期間，我們對8125工作面負壓分布情況進行了觀測

由上表可見：為確保8125內(nèi)錯尾巷的正常運行，需要對回風及內(nèi)尾負壓進行適當調(diào)整，根據(jù)數(shù)據(jù)觀測，回風與內(nèi)尾壓差保證90~100pa時，內(nèi)錯尾巷運行效果良好。

3．3工作面通風負壓變化對內(nèi)錯尾巷風排瓦斯的影響

下表為10月13日與10月20日調(diào)風前后瓦斯涌出情況對比：

通過調(diào)風數(shù)據(jù)分析

（1）調(diào)風后工作面風排瓦斯量比調(diào)風前多1.38m³/min，這部分瓦斯主要由工作面本煤層瓦斯量與部分鄰近層殘留瓦斯量構(gòu)成。原因分析：當工作面風量增加時，工作面通風負壓也相應增加，打破原通風負壓與抽放負壓的平衡狀態(tài)，卸壓瓦斯在雙重負壓的相互作用下流向發(fā)生重新分布，加快了瓦斯涌向較低負壓區(qū)的流動速度，從而一部分鄰近層殘留瓦斯會涌向工作面采場。

（2）調(diào)風前、后回風與內(nèi)尾風排放瓦斯情況可以看出，當工作面通風負壓增加時，內(nèi)錯尾巷風排瓦斯量較調(diào)風前增加0.97m³/min，回風風排瓦斯量較調(diào)風前增加0.41m³/min，內(nèi)尾排放瓦斯量占風排瓦斯量的比例較調(diào)風前提高了1.8個百分點，說明在增加工作面通風風量的同時，工作面及內(nèi)錯尾巷的通風負壓發(fā)生變化，通常情況下當工作面負壓增加時，內(nèi)錯尾巷的負壓也相應增加，但必須考慮回風與內(nèi)尾的負壓差，否則會增加回風排放瓦斯的負擔。

4、經(jīng)驗總結(jié)

4．1 內(nèi)錯尾巷瓦斯排放原理分析

（1）根據(jù)內(nèi)錯尾巷巷道布置情況及運行期間瓦斯排放觀測，隨著工作面的推進，內(nèi)錯尾巷吸風口始終處于工作面支架切頂線以里5~10m的采空側(cè)。則根據(jù)流體動力學原理在內(nèi)錯尾巷吸風口周圍形成以內(nèi)錯尾巷口為軸心并以一定作用半徑的流場，在該流場作用下，工作面采空側(cè)氣體將沿徑向流入內(nèi)錯尾巷，即工作面采空側(cè)瓦斯在此作用下由內(nèi)錯尾巷排至總回風，達到緩減回風排放瓦斯壓力。

（2）當工作面與內(nèi)錯尾巷塌透時，則內(nèi)錯尾巷吸風口向外發(fā)生轉(zhuǎn)移，造成工作面風流由透口處短路，緩減了采空側(cè)負壓，不利于采空側(cè)瓦斯的排放。同時隨著煤層頂板的頻繁活動，上鄰近層殘留瓦斯不斷地涌向采空側(cè)，采空側(cè)積聚的高濃度瓦斯涌向工作面，造成工作面上隅角局部瓦斯積聚的局面。

4．2 內(nèi)錯尾巷通風管理經(jīng)驗

（1）為提高內(nèi)錯尾巷排放采空側(cè)瓦斯能力，在工作面初采期間，距工作面機尾50m處的回風順槽和內(nèi)錯尾巷以里30m處各設(shè)一道風卡，以控制回風與內(nèi)錯尾巷的負壓差，達到內(nèi)錯尾巷排放瓦斯的效果。

（2）由于五礦煤層為松軟煤層，在采用內(nèi)錯尾巷的工作面在回采過程中容易出現(xiàn)內(nèi)錯尾巷塌落情況，故要求內(nèi)錯尾巷前后10米范圍內(nèi)嚴格控制采高，采高不得超出采煤機最低采高的10%，由采煤隊、安監(jiān)處、地質(zhì)測量部及生產(chǎn)技術(shù)部督促檢查。

（3）內(nèi)錯尾巷在投運前必須將整條巷道進行鋪雙層金屬網(wǎng)并每隔20米打一根中柱，以控制工作面與內(nèi)錯尾巷塌透。

（4）在以后的內(nèi)錯尾巷設(shè)計中，要求生產(chǎn)技術(shù)部縮小內(nèi)錯尾巷斷面，由原來試驗期間的12m²降至現(xiàn)在的10 m²以下。

（5）工作面聯(lián)巷安設(shè)局扇，將軟質(zhì)風筒供至內(nèi)錯尾巷掌頭，通過外送風機達到稀釋內(nèi)錯尾巷瓦斯的效果。

5、內(nèi)錯尾巷試驗總結(jié)

（1）根據(jù)工作面試驗期間內(nèi)錯尾巷使用效果，在工作正常運行期間，內(nèi)錯尾巷風排瓦斯量達整個工作面風排瓦斯總量的59.11%，緩減了風排瓦斯的能力。

（2）通過對8125工作面開采期間內(nèi)錯尾巷co和T進行觀測，內(nèi)錯尾巷co最大值為0.0004%，T最大為20℃，沒有出現(xiàn)自燃發(fā)火現(xiàn)象，說明在隨工作面的推進內(nèi)錯尾巷逐漸垮落克服了外錯尾巷易發(fā)生煤層自燃發(fā)火的危害。

（3）回風與內(nèi)錯尾巷負壓壓差在90Pa以上時，內(nèi)錯尾巷處理瓦斯的效果較為明顯。

（4）合理調(diào)整內(nèi)錯尾巷與回風的通風負壓可有效地解決回風瓦斯超限問題。

2007年6月20日