楊建忠，陳四祥

(開灤(集團)有限責(zé)任公司林南倉礦業(yè)分公司，河北唐山 064106)

0 前言

林南倉礦業(yè)分公司1119下工作面巷道在掘進過程中，由于下覆采空區(qū)及斷層影響，工作面回風(fēng)巷瓦斯有時間規(guī)律的異常涌出，造成該工作面回風(fēng)流瓦斯超限，嚴重影響了安全生產(chǎn)，致使該工作面不得不停產(chǎn)。為此，對1119下工作面異常涌出的瓦斯來源進行分析，采取增加風(fēng)量等措施有效地解決了工作面回風(fēng)流瓦斯超限的現(xiàn)象。

1 工作面概況

1119下工作面位于礦井一水平西一采區(qū)11煤層，東起1118下運道，西至F2正斷層防水煤柱，北起倉補42號鉆孔以南58.6 m，南至倉補1號鉆孔以北156.6 m。北鄰1119工作面采空區(qū)，下部為2121工作面采空區(qū)。該工作面傾斜長度為63.5 m，走向長度為850 m，工作面標高－407.5 m～－439.7 m。在1119下工作面上風(fēng)巷掘進過程中，回風(fēng)巷(后路)瓦斯異常涌出，特別是每天中午大氣壓力下降時，工作面回風(fēng)瓦斯?jié)舛茸畲髸r達到0.98%。

2 瓦斯來源分析

1119下上風(fēng)巷掘進工作面在2015年1月21日前已經(jīng)掘進491 m，該掘進工作面回風(fēng)流呈現(xiàn)瓦斯升高是在2015年1月22日以后，到2月上旬最為明顯，經(jīng)現(xiàn)場勘查和比對圖紙資料，分析認為該掘進工作面回風(fēng)(后路)瓦斯由本煤層賦存瓦斯、下部12煤層采空區(qū)瓦斯以及斷層瓦斯等幾部分組成。采取措施之前的1119下上風(fēng)回風(fēng)瓦斯?jié)舛茸畲笾蹬c時間之間關(guān)系表見表1。

表1 1119下上風(fēng)回風(fēng)瓦斯?jié)舛茸畲笾蹬c時間之間關(guān)系表

從表1看出2月7日瓦斯涌出量最小，其中2月7日最高氣溫較其它幾天低2～6攝氏度。

2.1 本煤層賦存瓦斯

巷道掘進在煤體中形成空間，巷道周圍30 m范圍內(nèi)的煤巖體賦存的瓦斯會向巷道空間中不斷的釋放出來。

2.2 12煤層采空區(qū)瓦斯

1119下工作面東段360 m范圍與其下部的12煤層2121采空區(qū)完全重合，2121采空區(qū)北側(cè)緊鄰為1129采空區(qū)。該區(qū)域11與12煤層的層間距鉆孔數(shù)據(jù)為30.5 m。2121采空區(qū)于2014年9月份封閉，1119下掘進工作面于2014年11月份開始掘進;2121采空區(qū)封閉后，2121上、下閉均呈現(xiàn)負壓，而緊鄰1119下工作面北側(cè)的1119采空區(qū)上、下閉均呈現(xiàn)正壓，此現(xiàn)象說明2121區(qū)域處于相對正壓區(qū)，1119下區(qū)域處于相對負壓區(qū)。

2.2.1 12煤層開采時，垮落帶高度Hm:

Hm——垮落帶高度，m;

Σ M——累計采厚，m;(在此取3.6m，為2121采面實際采高);

±—— 中誤差;

則:

2.2.2 12煤層開采時，裂隙帶高度Hli:

11煤層與12煤層最小垂距大于12煤層垮落帶高度Hm，裂隙帶高度計算公式為:

Hli——裂隙帶高度，m;

Σ M—— 累計采厚，m;(在此取3.6m，為2121采面實際采高);

±—— 中誤差;

則裂隙帶高度Hli:

2.2.3 12煤層瓦斯能夠滲透到11煤層

12煤層開采時，裂隙帶高度Hli遠大于11煤層與12煤層的層間距，12煤層的采空區(qū)瓦斯能夠經(jīng)過裂隙帶滲透到其上部的11煤層，12煤層回采后，其裂隙帶成了瓦斯運移的通道。

2.3 斷層影響

在巷道掘進期間經(jīng)常會揭露斷層，拉伸的正斷層成為瓦斯運移的通道，而擠壓的逆斷層則往往是封閉儲存的瓦斯容器，一旦揭露斷層，斷層瓦斯會釋放到采掘空間中，斷層附近也會是瓦斯異常涌出的區(qū)域。

2.3.1 本煤層斷層影響

1119下上風(fēng)276 m附近有連續(xù)三條斷層，其中大斷層兩條，中等斷層一條;1119下上風(fēng)398 m有小斷層一條;斷層附近裂隙發(fā)育，煤層松散，瓦斯含量高，且能導(dǎo)通附近其他采空區(qū)瓦斯?jié)B透到1119下上風(fēng)巷道中。

2.3.2 下部12煤層斷層影響

在2121工作面采掘工程平面圖上，2121采空區(qū)西部有一條大逆斷層，F(xiàn)2121－3斷層，其落差14 m，1119下與2121區(qū)域兩煤層的層間距才30.5 m左右，雖然在11煤層1119下上風(fēng)掘進過程中沒有發(fā)現(xiàn)F2121－3斷層，但其波及范圍已經(jīng)接近11煤層，斷層裂隙能夠運移瓦斯，這與實際1119下上風(fēng)工作面(迎頭，已掘730 m)幾乎沒有瓦斯，而后路瓦斯?jié)舛入A梯狀升高的情況相吻合。2月13日上午便攜式瓦斯檢測儀實測1119下上風(fēng)巷道中瓦斯?jié)舛确植?，見圖1。

圖1 1119下上風(fēng)巷道中瓦斯?jié)舛确植?/p>

而在1119下上風(fēng)掘進工作面2月份掘進期間，即非12煤層采空區(qū)和斷層影響的新鮮煤體中掘進期間，工作面(迎頭)瓦斯傳感器監(jiān)測到的瓦斯?jié)舛绕毡樵?.12%以下，便攜式瓦斯檢測儀檢查數(shù)據(jù)經(jīng)常為0.00%。

3 回風(fēng)瓦斯異常涌出的原因分析

相對于原始區(qū)域的11煤層而言，12煤層開采以后，通過裂隙帶滲透到11煤層附近的12煤層采空區(qū)瓦斯提高了11煤層及周邊巖層的瓦斯含量;對于沒有采掘活動的11煤層而言，其下部12煤層采空區(qū)及采空區(qū)上部的裂隙帶相當(dāng)于封閉的“瓦斯容器”，當(dāng)11煤層掘進巷道后，瓦斯比空氣輕的特性決定“瓦斯容器”中的瓦斯有了卸壓運移的空間，自然要從“瓦斯容器”釋放出來。

1119下工作面在空間特有的位置，決定了在1119下工作面上風(fēng)掘進過程中，會發(fā)生回風(fēng)巷(后路)瓦斯異常涌出，經(jīng)疊加造成回風(fēng)流瓦斯?jié)舛瘸薜默F(xiàn)象。

3.1 生產(chǎn)工藝

1119下工作面采取掘進機掘進工藝，正常的進度為每班7.2 m，最高的班進度達到10.8 m，快速的掘進工藝，工作面只顯現(xiàn)破碎的煤體解析的瓦斯和工作面附近煤體賦存的游離瓦斯，所以掘進期間工作面瓦斯?jié)舛容^低，快速的掘進速度遠大于瓦斯運移速度，工作面回風(fēng)巷附近的各種瓦斯則逐漸匯聚顯現(xiàn)。

3.2 大氣壓力變化的影響

地面大氣壓力發(fā)生變化時，會引起井下空氣壓力的變化，從而對井下瓦斯涌出量有明顯影響，當(dāng)大氣壓力下降時，礦井通風(fēng)壓力也隨之下降，而瓦斯涌出的壓力相對上升，破壞了原來的通風(fēng)壓力與瓦斯涌出壓力的相對平衡狀態(tài)。當(dāng)大氣壓力上升時，瓦斯涌出量和風(fēng)流瓦斯?jié)舛葧冃?。?119下工作面瓦斯涌出情況看，大氣壓力變化的影響較明顯。2月11日實測1119下上風(fēng)掘進工作面回風(fēng)瓦斯?jié)舛入S氣壓變化見圖2。

圖2反映出從上午11時20分起1119下上風(fēng)掘進工作面回風(fēng)位置絕對壓力開始下降，而瓦斯?jié)舛葎t是逐漸增加，到14時40分達到最大值0.45%，一天當(dāng)中，中午氣溫最高，氣壓最低，受溫度變化影響1119下上風(fēng)掘進工作面回風(fēng)位置絕對壓力變化達到540 Pa，與地面同日所測大氣壓變化相符，林南倉礦業(yè)分公司井下通風(fēng)系統(tǒng)中主要風(fēng)門前后的阻力不過350 Pa左右，因此1119下上風(fēng)掘進工作面瓦斯變化受氣壓變化影響是明顯的。

圖2 1119下上風(fēng)回風(fēng)瓦斯?jié)舛入S氣壓變化關(guān)系圖

4 1119下掘進工作面回風(fēng)瓦斯治理方案

在原有風(fēng)機供風(fēng)的基礎(chǔ)上，將1119下上風(fēng)掘進工作面增加第二個風(fēng)機供風(fēng)，調(diào)整后實測1119下上風(fēng)掘進工作面回風(fēng)風(fēng)量為8.48 m3/s，調(diào)整后1119下上風(fēng)掘進工作面回風(fēng)瓦斯?jié)舛瓤刂圃?.40%以下，并呈下降趨勢，該面絕對瓦斯涌出量較之前下降30%左右;應(yīng)為1119下掘進工作面回風(fēng)巷附近的各種瓦斯隨時間推移，釋放量逐漸減少的原因。

5 結(jié)論

1)巷道中在風(fēng)量不變的基礎(chǔ)上瓦斯?jié)舛韧蝗蛔兓f明瓦斯?jié)舛韧蛔兏浇锏来嬖跀鄬拥鹊刭|(zhì)構(gòu)造。

2)新掘進的巷道中，瓦斯涌出不穩(wěn)定，因為巷道周圍煤巖體中賦存的瓦斯會向新掘進的巷道中涌出。

3)對于已知地質(zhì)情況的采掘區(qū)域，如挖潛區(qū)域，在掘進設(shè)計階段需提前考慮瓦斯治理措施，搞好瓦斯預(yù)測工作，提前采取大功率的局部通風(fēng)機供風(fēng)。

［1］ 舒龍勇，程遠平，王亮，等.地質(zhì)因素對煤層瓦斯賦存影響的研究［J］中國安全科學(xué)學(xué)報，2011，21(2):121 －125.

［2］ 陶云奇，許江，程明俊，等.含瓦斯煤滲透率理論分析與試驗研究［J］.巖石力學(xué)與工程學(xué)報，2009，28(z2):3363－3370.

［3］ 邢玉忠，范紅偉，王彥凱.基于瓦斯監(jiān)測數(shù)據(jù)的礦井通風(fēng)系統(tǒng)合理性評價［J］.采礦與安全工程學(xué)報，2010，27(4):522－527.

［4］ 賈天讓，江林華，姚軍朋，等.近距離保護層開采技術(shù)在平煤五礦的實踐［J］.煤炭科學(xué)技術(shù)，2006，36(12):23－25.

［5］ 繆協(xié)興，錢鳴高.采動巖體的關(guān)鍵層理論研究新進展［J］.中國礦業(yè)大學(xué)學(xué)報，2000，29(1):25－29.