內(nèi)錯(cuò)尾巷在五礦綜放工作面瓦斯治理中的試驗(yàn)與應(yīng)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(shí)，由于上部煤層均未開采，受采動(dòng)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(yán)重，為緩減工作面瓦斯超限問題，我礦進(jìn)行工作面布置內(nèi)錯(cuò)尾巷瓦斯治理試驗(yàn)。
關(guān)健詞 內(nèi)錯(cuò)尾巷 瓦斯治理試驗(yàn)
中圖分類號(hào)TD712.6
1、礦井基本概況：
陽煤集團(tuán)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(tuán)）有限責(zé)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(jì)能力400萬噸/年。
本區(qū)地層總的走向?yàn)楸蔽鳌北蔽飨颍瑑A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(jī)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(jìn)三回混合抽出式通風(fēng)，礦井總風(fēng)量為21989 m3/min ，2005年礦井絕對(duì)瓦斯涌出量為363.7 m3/min，單個(gè)回采工作面的絕對(duì)瓦斯涌出量高達(dá)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(chǔ)氣量報(bào)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(jiān)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(shí)，根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐及理論研究表明，15#
煤層開采時(shí)，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(shí)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(jìn)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(jì)，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(fēng)方式上進(jìn)行 “U”型通風(fēng)和“U+L”通風(fēng)試驗(yàn)，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(jìn)行“U+I” 通風(fēng)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(cuò)尾巷試驗(yàn)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(jìn)風(fēng)巷、回風(fēng)巷沿15號(hào)煤底板布置，其斷面12m2，內(nèi)尾巷沿15號(hào)煤層頂板布置，其斷面為9m2，距回風(fēng)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(tái)雙向割煤，往返一次進(jìn)兩刀，采高控制在2.5米左右。工作面支架型號(hào)為： FDC440—1.75/2.6放頂煤支架，工作面采用兩部工作溜運(yùn)煤，前部工作溜型號(hào)為SGE—764/320，后部工作溜型號(hào)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(jìn)度為66m。
該工作面采用U+I型通風(fēng)系統(tǒng)，正常開采時(shí)工作面風(fēng)量分布情況：工作面進(jìn)風(fēng)866m3/min，回風(fēng)623m3/min，內(nèi)錯(cuò)尾巷255m3/min，配合走向高抽巷抽放上鄰近層瓦斯。
3．2 內(nèi)錯(cuò)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(shí)，工作面進(jìn)風(fēng)平均風(fēng)量839m3/min，回風(fēng)平均風(fēng)量564m3/min，內(nèi)錯(cuò)尾巷平均風(fēng)量279m3/min，工作面絕對(duì)瓦斯涌出量3.62m3/min，回風(fēng)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(fēng)排瓦斯量的41.16%。由于內(nèi)錯(cuò)尾巷貫穿于整個(gè)工作面，故在工作面推進(jìn)20m范圍時(shí)，工作面回風(fēng)基本不存在瓦斯超限現(xiàn)象，同時(shí)初采期瓦斯涌出情況統(tǒng)計(jì)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
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日期 |
產(chǎn)量 |
入風(fēng)巷 |
回 風(fēng) 巷 |
尾 巷 |
瓦 斯 量 |
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風(fēng)量m3/分 |
風(fēng)量m3/分 |
濃度 % |
瓦斯m3/分 |
風(fēng)量m3/分 |
濃度% |
瓦斯 m3/分 |
抽放 |
總量 |
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5月14日 |
2722 |
812 |
540 |
0.3 |
1.62 |
280 |
0.3 |
0.84 |
|
2.46 |
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5月15日 |
626 |
812 |
540 |
0.3 |
1.62 |
280 |
0.3 |
0.84 |
|
2.46 |
|
5月16日 |
3317 |
812 |
540 |
0.3 |
1.62 |
280 |
0.3 |
0.84 |
|
2.46 |
|
5月17日 |
2666 |
870 |
549 |
0.4 |
1.65 |
324 |
0.3 |
0.97 |
|
2.62 |
|
5月18日 |
1878 |
870 |
549 |
0.5 |
2.75 |
324 |
0.5 |
1.62 |
|
4.37 |
|
5月19日 |
1686 |
870 |
549 |
0.6 |
3.29 |
324 |
0.6 |
1.94 |
|
5.23 |
|
5月20日 |
3720 |
835 |
605 |
0.4 |
2.42 |
234 |
0.8 |
1.91 |
|
4.33 |
|
5月21日 |
2503 |
835 |
605 |
0.3 |
1.81 |
234 |
1.07 |
2.32 |
|
4.13 |
|
5月22日 |
2503 |
835 |
605 |
0.4 |
2.42 |
234 |
0.9 |
2.11 |
|
4.53 |
|
平均值 |
2512 |
839 |
564 |
|
2.13 |
279 |
|
1.49 |
|
3.62 |
|
噸煤瓦斯量m3/t |
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2.07 |
3．2．2 工作面正常開采時(shí)瓦斯涌出情況
工作面正常開采期間工作面進(jìn)風(fēng)810--1148 m3/min，平均風(fēng)量為956 m3/min ，回風(fēng)風(fēng)量603--731m3/min，平均風(fēng)量為653 m3/min，尾巷風(fēng)量為112--425 m3/min，平均風(fēng)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(fēng)排放瓦斯量為2.85 m3/min，尾巷排放瓦斯量為4.12 m3/min占風(fēng)排瓦斯量的59.11%，顯然內(nèi)錯(cuò)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(cuò)尾巷在工作面塌透時(shí)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(jìn)82米時(shí)，工作面切巷與內(nèi)錯(cuò)尾巷多次出現(xiàn)塌透，導(dǎo)致內(nèi)錯(cuò)尾巷排放瓦斯口負(fù)壓降低，工作面后溜瓦斯超限。在此期間，工作面風(fēng)量及瓦斯分布，工作面進(jìn)風(fēng)835m3/min，回風(fēng)465m3/min，內(nèi)錯(cuò)尾巷384m3/min，工作面絕對(duì)瓦斯涌出量128.91m3/min，其中抽放瓦斯量為125.13m3/min，風(fēng)排瓦斯量4.78m3/min，回風(fēng)風(fēng)排瓦斯量為3.39m3/min，內(nèi)錯(cuò)尾巷排放瓦斯量1.39m3/min占風(fēng)排瓦斯量的29.07%。根據(jù)在此期間瓦斯情況統(tǒng)計(jì)：工作面切巷與內(nèi)錯(cuò)尾巷共塌透23次，工作面斷電75次，累計(jì)時(shí)間為1408min，其中一個(gè)生產(chǎn)原班斷電次數(shù)高達(dá)11次，回風(fēng)上隅角和后部溜電機(jī)附近的瓦斯?jié)舛雀哌_(dá)3%。
為解決回風(fēng)上隅角和后部溜電機(jī)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(cuò)尾巷前后10米范圍內(nèi)嚴(yán)格控制采高，采高不得超出采煤機(jī)最低采高的10%，由采煤隊(duì)、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(cuò)尾巷一旦與工作面塌透，工作面立即停產(chǎn)，由通風(fēng)人員負(fù)責(zé)生產(chǎn)隊(duì)組配合對(duì)內(nèi)錯(cuò)尾巷透口進(jìn)行封堵。封堵后經(jīng)檢查各處瓦斯均不超限時(shí)方可復(fù)產(chǎn)。復(fù)產(chǎn)后采煤隊(duì)在內(nèi)錯(cuò)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(fēng)隊(duì)現(xiàn)場驗(yàn)收同意后，方可恢復(fù)生產(chǎn)。
（3）通風(fēng)隊(duì)回采專職瓦檢工要在內(nèi)錯(cuò)尾巷位置的切巷頂部設(shè)點(diǎn)進(jìn)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(shí)匯報(bào)通風(fēng)調(diào)度。
（4）8125內(nèi)錯(cuò)尾巷600m進(jìn)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(tái)28kw局扇，將直徑600mm風(fēng)筒供至內(nèi)錯(cuò)尾巷，以增加內(nèi)錯(cuò)尾巷的風(fēng)量，緩減內(nèi)錯(cuò)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(cuò)尾巷起到了明顯的效果。在此階段瓦斯處理情況：工作面進(jìn)風(fēng)826m3/min，回風(fēng)603m3/min，內(nèi)錯(cuò)尾巷425m3/min（含外送風(fēng)量），工作面絕對(duì)瓦斯涌出量126.52m3/min，其中抽放瓦斯量為120.33m3/min，風(fēng)排瓦斯量為7.16m3/min，其中回風(fēng)風(fēng)排瓦斯量為2.41m3/min，內(nèi)錯(cuò)尾巷排放瓦斯量4.75m3/min占風(fēng)排瓦斯量的66.34%。同時(shí)回風(fēng)風(fēng)上隅角和后部溜電機(jī)附近的瓦斯?jié)舛冉抵?/span>1.5%以下，內(nèi)錯(cuò)尾巷的瓦斯控控制在1.2~2.5%之間。但隨著工作面的推進(jìn)，內(nèi)錯(cuò)尾巷的不斷維護(hù)，在工作面推進(jìn)至197米后，內(nèi)錯(cuò)尾巷的瓦斯穩(wěn)定在0.9---2%，內(nèi)尾外送風(fēng)機(jī)隨之取消。
3．2．4 8125工作面正常開采過程內(nèi)錯(cuò)尾巷與回風(fēng)負(fù)壓分布情況
在8125工作面推進(jìn)80m與590m時(shí)，根據(jù)8125內(nèi)錯(cuò)尾巷正常運(yùn)行期間，我們對(duì)8125工作面負(fù)壓分布情況進(jìn)行了觀測
|
地 點(diǎn) |
絕對(duì)靜壓（hPa） |
風(fēng)量(m3/min) |
絕對(duì)靜壓（hPa） |
風(fēng)量(m3/min) |
|
8125進(jìn)風(fēng)順槽口（聯(lián)巷口以里10米） |
924.5 |
847 |
946.5 |
933 |
|
8125回風(fēng)順槽口（聯(lián)巷口以里10米） |
923.7 |
631 |
945.5 |
705 |
|
8125內(nèi)錯(cuò)尾巷口（聯(lián)巷口以里7米） |
922.8 |
226 |
944.5 |
238 |
|
回風(fēng)與內(nèi)錯(cuò)尾巷壓差 |
0.9 |
|
1.0 |
|
|
|
工作面推進(jìn)80米 |
工作面推進(jìn)590米 |
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由上表可見：為確保8125內(nèi)錯(cuò)尾巷的正常運(yùn)行，需要對(duì)回風(fēng)及內(nèi)尾負(fù)壓進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，根據(jù)數(shù)據(jù)觀測，回風(fēng)與內(nèi)尾壓差保證90~100pa時(shí)，內(nèi)錯(cuò)尾巷運(yùn)行效果良好。
3．3工作面通風(fēng)負(fù)壓變化對(duì)內(nèi)錯(cuò)尾巷風(fēng)排瓦斯的影響
下表為10月13日與10月20日調(diào)風(fēng)前后瓦斯涌出情況對(duì)比：
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時(shí)間（月） |
平均日產(chǎn)量（t） |
入風(fēng) m3/分 |
回風(fēng)m3/分 |
回風(fēng)風(fēng)排瓦斯量 m3/分 |
內(nèi)尾風(fēng)量 m3/分 |
內(nèi)尾風(fēng)排瓦斯量 m3/分 |
本煤層瓦斯涌出量 m3/分 |
鄰近層瓦斯涌出量 m3/分 |
殘留瓦斯量m3/分 |
平均抽放量 m3/分 |
瓦斯總量 m3/分 |
鄰近層抽出率% |
|
10月13日 |
5657 |
826 |
551 |
3.51 |
285 |
4.78 |
8.13 |
110.39 |
0.16 |
110.23 |
118.52 |
92.01 |
|
10月20日 |
6003 |
1148 |
731 |
3.92 |
425 |
5.75 |
8.63 |
121.73 |
1.04 |
120.69 |
130.36 |
92.58 |
|
差值 |
-346 |
-322 |
-180 |
-0.41 |
-140 |
-0.97 |
--- |
-11.34 |
-0.88 |
-10.46 |
-11.84 |
------ |
通過調(diào)風(fēng)數(shù)據(jù)分析
（1）調(diào)風(fēng)后工作面風(fēng)排瓦斯量比調(diào)風(fēng)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(dāng)工作面風(fēng)量增加時(shí)，工作面通風(fēng)負(fù)壓也相應(yīng)增加，打破原通風(fēng)負(fù)壓與抽放負(fù)壓的平衡狀態(tài)，卸壓瓦斯在雙重負(fù)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(fù)壓區(qū)的流動(dòng)速度，從而一部分鄰近層殘留瓦斯會(huì)涌向工作面采場。
（2）調(diào)風(fēng)前、后回風(fēng)與內(nèi)尾風(fēng)排放瓦斯情況可以看出，當(dāng)工作面通風(fēng)負(fù)壓增加時(shí)，內(nèi)錯(cuò)尾巷風(fēng)排瓦斯量較調(diào)風(fēng)前增加0.97m3/min，回風(fēng)風(fēng)排瓦斯量較調(diào)風(fēng)前增加0.41m3/min，內(nèi)尾排放瓦斯量占風(fēng)排瓦斯量的比例較調(diào)風(fēng)前提高了1.8個(gè)百分點(diǎn)，說明在增加工作面通風(fēng)風(fēng)量的同時(shí)，工作面及內(nèi)錯(cuò)尾巷的通風(fēng)負(fù)壓發(fā)生變化，通常情況下當(dāng)工作面負(fù)壓增加時(shí)，內(nèi)錯(cuò)尾巷的負(fù)壓也相應(yīng)增加，但必須考慮回風(fēng)與內(nèi)尾的負(fù)壓差，否則會(huì)增加回風(fēng)排放瓦斯的負(fù)擔(dān)。
4、經(jīng)驗(yàn)總結(jié)
4．1 內(nèi)錯(cuò)尾巷瓦斯排放原理分析
（1）根據(jù)內(nèi)錯(cuò)尾巷巷道布置情況及運(yùn)行期間瓦斯排放觀測，隨著工作面的推進(jìn)，內(nèi)錯(cuò)尾巷吸風(fēng)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(dòng)力學(xué)原理在內(nèi)錯(cuò)尾巷吸風(fēng)口周圍形成以內(nèi)錯(cuò)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(cuò)尾巷，即工作面采空側(cè)瓦斯在此作用下由內(nèi)錯(cuò)尾巷排至總回風(fēng)，達(dá)到緩減回風(fēng)排放瓦斯壓力。
（2）當(dāng)工作面與內(nèi)錯(cuò)尾巷塌透時(shí)，則內(nèi)錯(cuò)尾巷吸風(fēng)口向外發(fā)生轉(zhuǎn)移，造成工作面風(fēng)流由透口處短路，緩減了采空側(cè)負(fù)壓，不利于采空側(cè)瓦斯的排放。同時(shí)隨著煤層頂板的頻繁活動(dòng)，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(cuò)尾巷通風(fēng)管理經(jīng)驗(yàn)
（1）為提高內(nèi)錯(cuò)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(jī)尾50m處的回風(fēng)順槽和內(nèi)錯(cuò)尾巷以里30m處各設(shè)一道風(fēng)卡，以控制回風(fēng)與內(nèi)錯(cuò)尾巷的負(fù)壓差，達(dá)到內(nèi)錯(cuò)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(cuò)尾巷的工作面在回采過程中容易出現(xiàn)內(nèi)錯(cuò)尾巷塌落情況，故要求內(nèi)錯(cuò)尾巷前后10米范圍內(nèi)嚴(yán)格控制采高，采高不得超出采煤機(jī)最低采高的10%，由采煤隊(duì)、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(cuò)尾巷在投運(yùn)前必須將整條巷道進(jìn)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(cuò)尾巷塌透。
（4）在以后的內(nèi)錯(cuò)尾巷設(shè)計(jì)中，要求生產(chǎn)技術(shù)部縮小內(nèi)錯(cuò)尾巷斷面，由原來試驗(yàn)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(fēng)筒供至內(nèi)錯(cuò)尾巷掌頭，通過外送風(fēng)機(jī)達(dá)到稀釋內(nèi)錯(cuò)尾巷瓦斯的效果。
5、內(nèi)錯(cuò)尾巷試驗(yàn)總結(jié)
（1）根據(jù)工作面試驗(yàn)期間內(nèi)錯(cuò)尾巷使用效果，在工作正常運(yùn)行期間，內(nèi)錯(cuò)尾巷風(fēng)排瓦斯量達(dá)整個(gè)工作面風(fēng)排瓦斯總量的59.11%，緩減了風(fēng)排瓦斯的能力。
（2）通過對(duì)8125工作面開采期間內(nèi)錯(cuò)尾巷co和T進(jìn)行觀測，內(nèi)錯(cuò)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(jìn)內(nèi)錯(cuò)尾巷逐漸垮落克服了外錯(cuò)尾巷易發(fā)生煤層自燃發(fā)火的危害。
（3）回風(fēng)與內(nèi)錯(cuò)尾巷負(fù)壓壓差在90Pa以上時(shí)，內(nèi)錯(cuò)尾巷處理瓦斯的效果較為明顯。
（4）合理調(diào)整內(nèi)錯(cuò)尾巷與回風(fēng)的通風(fēng)負(fù)壓可有效地解決回風(fēng)瓦斯超限問題。
2007年6月20日
