王玉懷 劉二小 侯 斐 霍忠鋒 錢國(guó)棟 芮國(guó)相

(1. 華北科技學(xué)院，河北省三河市，065201；2. 國(guó)電建投內(nèi)蒙古能源有限公司，內(nèi)蒙古自治區(qū)鄂爾多斯市，017209)

★ 煤礦安全 ★

大采高超長(zhǎng)工作面停采線附近采空區(qū)氣體監(jiān)測(cè)及漏風(fēng)防治

王玉懷1劉二小1侯 斐1霍忠鋒2錢國(guó)棟2芮國(guó)相2

(1. 華北科技學(xué)院，河北省三河市，065201；2. 國(guó)電建投內(nèi)蒙古能源有限公司，內(nèi)蒙古自治區(qū)鄂爾多斯市，017209)

對(duì)察哈素礦31301工作面停采線附近采空區(qū)的氣體變化規(guī)律進(jìn)行了長(zhǎng)時(shí)間觀測(cè)，監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，由于未垮落空間大以及存在比較嚴(yán)重的漏風(fēng)，停采線附近采空區(qū)內(nèi)O2濃度一直較高。針對(duì)存在的采空區(qū)漏風(fēng)，采取了二次封閉、注漿、噴漿、均壓、充填等措施，有效治理了采空區(qū)漏風(fēng)，降低了采空區(qū)O2濃度。

大采高 超長(zhǎng)工作面 停采線 采空區(qū) 氣體監(jiān)測(cè) 漏風(fēng)防治

1 礦井概況

察哈素煤礦井田南北走向長(zhǎng)13.83 km，東西傾斜寬12.02 km，面積157.95 km2。設(shè)計(jì)可采儲(chǔ)量1833.809 Mt，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力10.0 Mt/a。礦井采用主斜井、副立井和回風(fēng)立井的混合開(kāi)拓方式。井田內(nèi)煤層結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，賦存穩(wěn)定，整體為一向南西傾斜的單斜構(gòu)造。礦井主采煤層為3-1#煤層，煤層厚度2.05～7.15 m，平均厚為5.25 m；煤層傾角平緩，一般為1°。煤種屬不粘煤和少量長(zhǎng)焰煤。礦井為低瓦斯礦井，3-1#煤層屬易自燃煤層，自然發(fā)火期37 d，煤塵具有爆炸性。

2 31301工作面概況

31301工作面為礦井首采工作面，工作面走向長(zhǎng)2500 m，傾斜長(zhǎng)300 m。煤層最大厚度為6.7 m，最小厚度為5.03 m，平均厚度為6.015 m，傾角1°～3°，工作面屬于大采高超長(zhǎng)綜采工作面，一次采全高，平均采高5.3 m。

31301工作面采用4巷道布置，每側(cè)兩條巷道之間留設(shè)20 m煤柱，在兩條巷道間每隔50～60 m開(kāi)設(shè)一條聯(lián)絡(luò)巷。開(kāi)采時(shí)，為防止向采空區(qū)漏風(fēng)，將工作面開(kāi)采前方2～3個(gè)聯(lián)絡(luò)巷密閉。末采階段，在停采線開(kāi)掘主輔回撤通道，主輔回撤通道每隔一段距離用聯(lián)巷連通。在主輔回撤通道的外側(cè)布置有儲(chǔ)料巷和措施巷。31301工作面回采結(jié)束后，其運(yùn)輸巷道保留下來(lái)，作為31303工作面的回風(fēng)巷道。具體巷道布置見(jiàn)圖1。

2～5—布置有測(cè)點(diǎn)的聯(lián)巷，Ⅰ～Ⅲ—在膠運(yùn)巷布置的測(cè)點(diǎn)

31301工作面開(kāi)采過(guò)程中，由于煤層厚度賦存變化，煤層厚度個(gè)別地段最高達(dá)到6.7 m左右，開(kāi)采過(guò)程中采空區(qū)出現(xiàn)1.0～1.5 m左右的遺煤，由于煤層自然發(fā)火期短、易氧化自燃，在工作面開(kāi)采過(guò)程中多次出現(xiàn)CO超標(biāo)現(xiàn)象。

3 31301工作面停采線附近氣體變化規(guī)律監(jiān)測(cè)研究

3.1 31301工作面膠運(yùn)巷停采線附近氣體變化規(guī)律監(jiān)測(cè)

3.1.1 測(cè)點(diǎn)布置及觀測(cè)數(shù)據(jù)

束管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可對(duì)井下有自然發(fā)火危險(xiǎn)的地點(diǎn)進(jìn)行全面監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)煤層自然發(fā)火的早期預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)。為了解停采線附近的膠運(yùn)巷采空區(qū)的遺煤氧化情況，利用工作面的束管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，在31301工作面停采線附近沿膠運(yùn)巷布設(shè)了3個(gè)束管測(cè)點(diǎn)Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，3個(gè)測(cè)點(diǎn)距離停采線的距離分別為10 m、20 m和30 m，觀測(cè)時(shí)間近3個(gè)月。3個(gè)測(cè)點(diǎn)O2觀測(cè)數(shù)據(jù)變化見(jiàn)圖2。

觀測(cè)期間測(cè)點(diǎn)Ⅰ和測(cè)點(diǎn)Ⅲ的CO濃度變化見(jiàn)圖3。

3.1.2 觀測(cè)數(shù)據(jù)分析

(1)各測(cè)點(diǎn)O2濃度變化分析。Ⅰ、Ⅱ、Ⅱ測(cè)點(diǎn)布置在巷道保護(hù)煤柱一側(cè)，布置時(shí)30 m處的測(cè)點(diǎn)距機(jī)頭較近，測(cè)點(diǎn)附近堆積的浮煤少；20 m處測(cè)點(diǎn)處的浮煤堆積的多；10 m處測(cè)點(diǎn)位于聯(lián)巷中間位置，浮煤不多，受膠運(yùn)聯(lián)巷密閉漏風(fēng)的影響，觀測(cè)前期該處的O2濃度下降速度較20 m、30 m處測(cè)點(diǎn)的下降速度慢，在5月6日停采線密閉完成后，向采空區(qū)注N2，期間6月7日-11日，6月17日-21日兩次注漿，注漿期間停止注N2，所以3個(gè)測(cè)點(diǎn)的O2濃度均下降，但是均有反彈現(xiàn)象。由測(cè)試數(shù)據(jù)知，6月24日以后在注N2的作用下3個(gè)測(cè)點(diǎn)中只有20 m測(cè)點(diǎn)處O2濃度在下降，說(shuō)明注N2并沒(méi)有使采空區(qū)的O2濃度降低，10 m、30 m處測(cè)點(diǎn)存在漏風(fēng)而導(dǎo)致O2濃度未下降；同時(shí)由于察哈素煤礦3#煤層比較堅(jiān)硬，在煤柱的支撐作用下以及回采過(guò)程中沒(méi)有對(duì)巷道中的錨網(wǎng)支護(hù)及時(shí)退錨，導(dǎo)致巷道上方頂板長(zhǎng)時(shí)間不垮落，形成了長(zhǎng)距離的三角未垮落帶，同時(shí)由于外側(cè)聯(lián)巷密閉漏風(fēng)，測(cè)點(diǎn)處的O2濃度一直處于較高水平。

圖2 31301工作面膠運(yùn)巷距停采線測(cè)點(diǎn)O2濃度變化

圖3 31301工作面膠運(yùn)巷距停采線測(cè)點(diǎn)CO濃度變化

(2)各測(cè)點(diǎn)CO濃度變化分析。觀測(cè)數(shù)據(jù)表明，膠運(yùn)巷中的3個(gè)測(cè)點(diǎn)出現(xiàn)少量的CO，10 m處測(cè)點(diǎn)CO最高體積濃度為0.0024%，30 m測(cè)點(diǎn)CO最高體積濃度達(dá)到0.0031%，20 m測(cè)點(diǎn)短時(shí)間檢測(cè)到CO，最高體積濃度為0.0013%。出現(xiàn)這種情況的原因是31301工作面的煤層厚度從開(kāi)切眼到停采線逐漸變薄，末采階段工作面采高和煤層高度基本一致，停采線附近采空區(qū)遺留的浮煤少，少量的浮煤被冒落的直接頂覆蓋，再加上工作面頂板淋水的作用，浮煤沒(méi)有出現(xiàn)進(jìn)一步的氧化現(xiàn)象。

3.2 31301工作面停采線氣體變化規(guī)律第一階段監(jiān)測(cè)

3.2.1 測(cè)點(diǎn)布置及觀測(cè)數(shù)據(jù)

為加速工作面回撤，在主副回撤通道之間開(kāi)掘了5條聯(lián)巷，由于工作面回撤后有多條聯(lián)巷通道與采空區(qū)相連，易造成采空區(qū)遺煤自燃。為此，在其中的2聯(lián)巷、3聯(lián)巷、4聯(lián)巷、5聯(lián)巷4條聯(lián)巷中鋪設(shè)束管，監(jiān)測(cè)采空區(qū)封閉后停采線的氣體變化規(guī)律，測(cè)點(diǎn)布置見(jiàn)圖1。觀測(cè)分兩個(gè)階段，第一階段觀測(cè)時(shí)間從5月6日開(kāi)始，截止到6月底，觀測(cè)時(shí)間接近兩個(gè)月。

(1)第一階段觀測(cè)期間各測(cè)點(diǎn)O2濃度變化見(jiàn)圖4。

圖4 第一階段停采線各聯(lián)巷測(cè)點(diǎn)O2濃度變化

(2)觀測(cè)期間各測(cè)點(diǎn)CO濃度變化見(jiàn)表1。

表1 停采線各聯(lián)巷測(cè)點(diǎn)CO濃度變化表 %

3.2.2 觀測(cè)數(shù)據(jù)分析

(1)測(cè)點(diǎn)O2濃度變化分析。5月6日停采線永久密閉完成后開(kāi)始向采空區(qū)注N2，在注N2作用影響下主副回撤通道內(nèi)各個(gè)聯(lián)巷內(nèi)O2濃度均在下降但是一直有反彈現(xiàn)象，并且在注漿期間(注漿期間停止注N2)O2濃度又上升到20%左右?？傮w來(lái)說(shuō)，隨著采空區(qū)封閉時(shí)間的延長(zhǎng)，各測(cè)點(diǎn)的O2有逐步下降的趨勢(shì)，但是由于停采線采空區(qū)空間大以及靠近停采線附近的頂板冒落不充分等原因，其下降幅度比較慢。

(2)測(cè)點(diǎn)CO濃度變化分析。監(jiān)測(cè)期間各測(cè)點(diǎn)的CO濃度變化表明，在采空區(qū)封閉后的初期，各測(cè)點(diǎn)出現(xiàn)了濃度較低的CO，5月13日在3聯(lián)巷CO出現(xiàn)最高濃度0.0016%，5月26日起，各測(cè)點(diǎn)沒(méi)有監(jiān)測(cè)到CO。

(3)由于煤層較硬，在煤柱的支撐作用下，在停采線附近形成了巨大的未垮落空間，在這個(gè)空間內(nèi)O2濃度一直較高。同時(shí)，在大面積未垮落頂板的作用下，聯(lián)巷煤柱壓力顯現(xiàn)明顯，出現(xiàn)煤柱破裂，相鄰巷道底鼓。觀測(cè)結(jié)果表明，停采線聯(lián)巷密閉存在比較嚴(yán)重的漏風(fēng)，應(yīng)采取措施進(jìn)行治理。

3.3 31301工作面停采線漏風(fēng)治理及第二階段監(jiān)測(cè)

3.3.1 停采線附近漏風(fēng)治理

由于停采線聯(lián)巷密閉漏風(fēng)嚴(yán)重，O2濃度一直較高，為消除采空區(qū)發(fā)火隱患，察哈素煤礦2014年8月-12月對(duì)31301工作面停采線聯(lián)巷密閉及巷道煤柱采取了以下措施：

(1)對(duì)停采線主輔回撤通道部分聯(lián)巷進(jìn)行了二次封閉。

(2)對(duì)二次密閉后的部分巷道進(jìn)行注漿充填，實(shí)現(xiàn)全斷面封堵。

(3)在主輔回撤通道聯(lián)巷密閉外側(cè)實(shí)行全斷面噴漿，噴漿厚度為100 mm，噴漿范圍延伸至巷道交叉口。

(4)主輔回撤通道聯(lián)巷密閉周邊打鉆孔注漿。

(5)對(duì)膠運(yùn)巷道一側(cè)的煤柱實(shí)行注漿加固以及煤柱表面噴漿，聯(lián)巷密閉全斷面噴漿。

(6)利用本公司電廠產(chǎn)生的粉煤灰，通過(guò)鉆孔對(duì)停采線回撤通道及兩個(gè)巷道的頂板未冒落區(qū)域進(jìn)行充填。

(7)在采區(qū)回風(fēng)巷采取均壓措施，降低采區(qū)回風(fēng)側(cè)負(fù)壓。同時(shí)在儲(chǔ)料巷和措施巷中設(shè)置調(diào)節(jié)風(fēng)窗，減小儲(chǔ)料巷和措施巷風(fēng)量。

3.3.2 第二階段觀測(cè)數(shù)據(jù)

2014年8-12月對(duì)31301工作面停采線聯(lián)巷密閉處的O2濃度進(jìn)行了第二階段的觀測(cè)，各測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)見(jiàn)圖5。

圖5 第二階段停采線各聯(lián)巷測(cè)點(diǎn)O2濃度圖

3.3.3 第二階段觀測(cè)數(shù)據(jù)分析

第二階段所測(cè)數(shù)據(jù)表明，隨著采空區(qū)注N2不斷進(jìn)行和二次密閉、密閉加固、堵漏、采空區(qū)充填等措施的實(shí)施，停采線附近的O2濃度呈現(xiàn)總體下降的趨勢(shì)，但各測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)變化有所差別，其中4聯(lián)巷和5聯(lián)巷密閉測(cè)點(diǎn)處的O2濃度在2014年10月底下降到8%～10%，基本上處于穩(wěn)定狀態(tài)，而2聯(lián)巷和3聯(lián)巷密閉測(cè)點(diǎn)處的O2濃度在2014年10月底有所下降，然后又開(kāi)始升高，隨著各種封堵措施的完成，2014年12月底停采線2聯(lián)巷和3聯(lián)巷密閉測(cè)點(diǎn)處的O2濃度下降到8%左右。

4 結(jié)論

由于31301工作面長(zhǎng)、采高大以及硬煤硬頂板條件，造成停采線附近大面積頂板未垮落，加上采空區(qū)漏風(fēng)的影響，停采線附近的O2濃度長(zhǎng)時(shí)間居高不下。在采取了二次封閉、注漿、噴漿、均壓、充填粉煤灰等漏風(fēng)治理措施后，停采線附近的O2濃度得到了有效控制，消除了采空區(qū)發(fā)火隱患。根據(jù)本次觀測(cè)結(jié)果，建議今后工作面停采時(shí)，除采取上述措施外，應(yīng)對(duì)停采線附近的頂板采取強(qiáng)制崩落措施，同時(shí)對(duì)兩側(cè)巷道采取及時(shí)退錨措施，避免頂板長(zhǎng)時(shí)間不垮落。

[1] 霍忠鋒，劉波，王玉懷等.察哈素煤礦31301工作面及地表漏風(fēng)聯(lián)合測(cè)試及其防治[J].煤礦安全，2015(3)

[2] 芮國(guó)相，王玉懷，任建軍等.察哈素煤礦3號(hào)煤層自然發(fā)火標(biāo)志性氣體研究及其應(yīng)用[J].華北科技學(xué)院學(xué)報(bào)，2015(2)

[3] 鄔劍明，劉超等. 淺埋藏復(fù)合煤層開(kāi)采漏風(fēng)防治技術(shù)研究[J].中國(guó)煤炭，2009(5)

[4] 薛毅，鄔劍明，王俊峰.礦井自燃火災(zāi)束管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用研究[J].工礦自動(dòng)化，2014(4)

[5] 張福成.淺埋易自燃煤層防滅火關(guān)鍵技術(shù)[J].煤礦安全，2011(2)

(責(zé)任編輯 張艷華)

Gas monitoring and leakage prevention at gob near stop line of large mining height long caving mining face

Wang Yuhuai1, Liu Erxiao1, Hou Fei1, Huo Zhongfeng2, Qian Guodong2, Rui Guoxiang2

(1. North China Institute of Science & Technology, Sanhe, Hebei 065201, China;2.Inner Mongolia Energy Co., Ltd., China Guodian Corporation, Erdos, Inner Mongolia 017209, China)

Long-term observation was conducted for gas change laws of gob near stop line of 31301 working face at Chahasu Mine. The monitoring results showed that oxygen concentration kept high at gob near stop line because of large non-fallen space and serious air leakage. Secondary sealing, grouting, cementing, pressure balance and back-filling were utilized to solve air leakage at gob and effectively lower oxygen concentration at gob.

large mining height, long working face, stop line, gob, gas monitoring, air leakage prevention

國(guó)家自然科學(xué)基金資助(U1361130)，中央高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)資助(3142015021，3142015124，3142015119)

王玉懷,劉二小,侯斐等. 大采高超長(zhǎng)工作面停采線附近采空區(qū)氣體監(jiān)測(cè)及漏風(fēng)防治[J]. 中國(guó)煤炭，2017，43(2):100-103. Wang Yuhuai, Liu Erxiao, Hou Fei, et.al. Gas monitoring and leakage prevention at gob near stop line of large mining height long caving mining face[J] .China Coal，2017，43(2): 100-103.

TD753

A

王玉懷(1966-)，男，河北省故城縣人，教授，博士，主要從事采礦及礦山安全研究工作。