鄧照玉

(1.中煤科工集團重慶研究院有限公司, 重慶 400037； 2.國家煤礦安全技術工程研究中心， 重慶 400037)

1 前言

隨著開采不斷推進，淺部煤炭資源逐漸枯竭，礦井也逐漸向深部開采，面臨的瓦斯、火、水、地溫、地質構造等災害更為明顯[1-2]。山西某礦井下開采3、6、9、11及15號煤層，煤層賦存屬于近距離煤層群，淺部的3號、6號資源已開采完畢，現(xiàn)正回采11號煤層。由于礦井為近距離煤層群開采，受到上覆煤層開采影響，煤巖體較為破碎，給煤層自燃提供了良好的蓄氧、蓄溫條件，加之采深增加，煤層瓦斯含量、工作面瓦斯涌出量等顯著增大。礦井211203回采工作面開采11號煤層，位于6號煤層采空區(qū)下，臨近的211201采面曾受到6號煤層采空區(qū)煤層自燃產(chǎn)生的CO入侵。因此，礦井需要綜合分析確定適合自身的情況的回采工作面通風方式。

2 工作面概況

211203回采工作面開采11號煤層，煤層賦存較為穩(wěn)定，厚度2.32～6.23m，平均厚度4.6m，傾角5°～9°，平均7°，瓦斯含量10.7m3/t，煤層具有自燃發(fā)火性。211203工作面原設計走向長度1 580m，開切眼位于上覆6號煤層實體煤下，設計傾向長度180m。將開切眼布置在6號煤層下，煤炭開采會受到上覆6號煤層壓力影響，且給瓦斯治理增加難度，綜合分析后，將211203采走向長度縮短至1 260m，將新開切眼布置在與距離6號煤層投影距離為30m，具體的211203工作面與臨近煤層間關系如圖1所示。

圖1 211203工作面與臨近煤層間關系

3 工作面瓦斯治理措施

3.1 工作面瓦斯抽采鉆孔布置

受到上覆6號煤層開采影響，11號煤層透氣性得到顯著提高。211203工作面采用順層鉆孔對瓦斯進行抽采，原設計抽采范圍為工作面0～1 580m，后由于工作面布置調整，新開切眼前移320m，具體的瓦斯抽采鉆孔布置：在工作面0～1 200m范圍內，從運輸巷向回風巷施工順層長鉆孔，每隔10m布置一個鉆場，每個鉆場布置3個鉆孔，鉆孔孔徑為94mm，傾角5°左右，共施工鉆孔長度為24 680m；在工作面1 200～1 580m范圍內施工瓦斯抽采鉆孔孔徑為94mm，傾角6°左右，鉆孔總長度在9 560m，由于在該區(qū)域內存在瓦斯抽采鉆孔空白帶，2017年6月施工30個補充鉆孔，鉆孔孔徑設計為96mm，孔深設計為140m，鉆孔間距為6m；施工走向鉆孔16個，鉆孔孔徑為96mm，長度為235m，間距10m，累積鉆孔工程量為3 760m，具體的回采工作面瓦斯抽采鉆孔布置如圖2所示。

圖2 回采工作面瓦斯抽采鉆孔布置示意圖

3.2 瓦斯抽采效果分析

211203工作面開采的11號煤層原始瓦斯含量10.7m3/t，可解析瓦斯含量4.3m3/t，經(jīng)過順層鉆孔抽采，工作面開采范圍內殘余瓦斯含量為5.6m3/t，根據(jù)工作面瓦斯含量測量結果，認為工作面采用的瓦斯治理措施有效，瓦斯抽采滿足有關標準要求。

4 工作面通風方式選擇

根據(jù)臨近的211201、211202等工作面瓦斯治理、防滅火及通風經(jīng)驗，結合211203工作面實際巷道布置情況，工作面通風方式有負壓通風、均壓通風兩種方式可以選擇。

4.1 負壓通風分析

根據(jù)施工探測鉆孔數(shù)據(jù)以及臨近的回采工作面生產(chǎn)經(jīng)驗，211203工作面生產(chǎn)期間，只要相關審批、安全技術措施到位，并按照有關規(guī)定生產(chǎn)，工作面生產(chǎn)過程中安全風險可以得到有效管控。211203工作面開采推進過程中，本工作面采空區(qū)防滅火措施以及臨近6號煤層采空區(qū)防滅火措施必須到位，否則工作面在負壓通風下，臨近的6號煤層采空區(qū)有害氣體就可能侵入到211203工作面，給工作面正常生產(chǎn)帶來不利影響；211201、211202工作面采用負壓通風期間的工作面漏風量測量數(shù)據(jù)分別為468m3/min、323m3/min，211203工作面采用負壓通風仍會存在采空區(qū)漏風情況，造成上覆6號煤層采空區(qū)內遺煤及本采面采空區(qū)遺煤氧化、自燃。因此，工作面在生產(chǎn)初期通風方式可以采用負壓通風，且應對采空區(qū)氣體成分變化進行監(jiān)測、測定工作面風量變化情況、采空區(qū)漏風量等。當監(jiān)測到工作面漏風量在80m3/min以內，采空區(qū)、上隅角等氣體成分監(jiān)測結果符合有關安全規(guī)定時，可以采用負壓通風方式進行生產(chǎn)。若采空區(qū)、上隅角等處氣體成分發(fā)生顯著變化，工作面漏風量顯著增加，就必須及時采用均壓通風技術方案。均壓通風技術方案是否采用需要根據(jù)探測鉆孔實測數(shù)據(jù)，工作面漏風，上隅角、采空區(qū)內氣體成分變化情況綜合確定，避免由于采空區(qū)漏風造成遺煤自燃或其他有害氣體威脅作業(yè)人員生產(chǎn)安全情況發(fā)生[3-5]。

4.2 工作面均壓通風可行性

(1)回采工作面通風方式選擇需要根據(jù)礦井生產(chǎn)實際、行業(yè)有關規(guī)范、國家有關規(guī)程以及地方規(guī)定要求進行，根據(jù)臨近的工作面通風方式、煤層自燃情況以及瓦斯、有害氣體對工作面生產(chǎn)安全帶來的影響，對211203工作面采用均壓通風可行性進行分析。

依據(jù)《煤炭生產(chǎn)技術與裝備政策導向》要求，井工礦井采用均壓通風防滅火適用于小、中、大型礦井正常生產(chǎn)的回采工作面，同時需要準備調壓風機、調壓風窗，且保證設備處于完好狀態(tài)[6-8]。按照上述要求，礦井采區(qū)有效措施后工作面均可采用均壓通風技術。

(2)211203工作面與上覆6號煤層采空區(qū)平均間距在20m，開采的11號煤層平均傾角7°，依據(jù)臨近的回采工作面推進速度、安全防范措施以及通風方式等措施，在211203工作面開采期間采用均壓通風技術符合《煤礦安全規(guī)程》有關要求。為了預防6號煤層采空區(qū)內遺煤自然發(fā)火產(chǎn)生的有害氣體給211203工作面生產(chǎn)帶來威脅，在工作面生產(chǎn)過程中，應嚴格依據(jù)《煤礦安全規(guī)程》中關于火區(qū)管理、火災防治有關要求，編制、落實相關制度，切實做好瓦斯、O2、CO等監(jiān)測工作，布置監(jiān)測束管，對采空區(qū)采區(qū)注N2、噴灑阻燃劑、灌漿等安全技術措施，并應確保工作面日均推進速度保持在3m以上，編制應急預案、均壓通風專項方案，確保調壓風窗、通風設備完好，上述措施順利實施后，211203工作面可以考慮采用均壓通風技術方案。

工作面采用均壓通風需要較高的通風管理水平以及通風裝備水平，管理人員需要及時掌握工作面附近各個巷道的風壓、風量、風阻、漏風量、圍巖完整性、裂隙發(fā)育以及上覆6號煤層采空區(qū)內遺煤自燃情況等數(shù)據(jù)。在工作面采用均壓通風過程中會由于管理水平以及裝備水平差異，可能會面臨一些安全隱患，主要為：①采用均壓通風時需要布置均壓風窗、調壓風機等各類通風設施，一旦工作面出現(xiàn)事故，會給人員撤退帶來一定不利影響；②井下出現(xiàn)無計劃停風，會給工作面通風系統(tǒng)穩(wěn)定性帶來不利影響，嚴重時甚至會出現(xiàn)風流逆轉情況；③工作面采空區(qū)內部、外側通風壓差控制較為困難，會增加采空區(qū)漏風量，若長時間漏風會增加采空區(qū)遺煤自燃可能；④均壓通風設施及輔助設備出現(xiàn)故障，都會影響工作面均壓通風效果及正常生產(chǎn)；⑤臨近密閉區(qū)以及采空區(qū)氣壓波動都會給211203工作面均壓通風效果帶來影響。

在211203工作面采用均壓通風技術時，采空區(qū)內其他流向會發(fā)生一定變化，需要對臨近的6號煤層采空區(qū)及密閉空間、臨近采面采空區(qū)進行監(jiān)測。若監(jiān)測到6號煤層采空區(qū)、密閉內空間氣體成分變化不明顯，表明211203工作面采用均壓通風采空區(qū)內變化影響范圍未影響至6號煤層采空區(qū)；若監(jiān)測到氣體成分發(fā)生現(xiàn)在變化，則表明211203工作面均壓通風采空區(qū)影響高度已經(jīng)發(fā)到6號煤層采空區(qū)內，應及時對均壓通風系統(tǒng)進行調整，避免211203工作面采空區(qū)與上覆6號煤層采空區(qū)聯(lián)通。

綜合分析，在211203工作面推進期間，采用均壓通風技術滿足有關規(guī)程、規(guī)范要求，但是在具體施工過程中應嚴格準守均壓通風有要求，落實防滅火技術措施，消除均壓通風過程中可能存在的安全隱患。

4.3 工作面通風效果分析

211203工作面生產(chǎn)通風采用負壓通風為主、緊急情況下采用均壓通風方式，可以有效對工作面上隅角瓦斯進行治理，且及時掌握工作面CO、CH4等有害氣體涌出情況。工作面采用上述通風方式后，安全推進距離達到820m，且生產(chǎn)過程中未發(fā)現(xiàn)CO、CH4超限情況，有效保證了工作面生產(chǎn)安全。具體的工作面生產(chǎn)過程中推進進尺及上隅角瓦斯?jié)舛茸兓闆r如圖3所示。

圖3 工作面推進進尺及上隅角瓦斯?jié)舛茸兓闆r

4 結論

(1)211203工作面采用保護層開采、順層鉆孔等瓦斯治理方式，使得工作面在回采推進前瓦斯治理就滿足消突、《抽采達標暫行規(guī)定》等要求，降低工作面生產(chǎn)推進期間的瓦斯涌出。在對瓦斯治理措施及治理效果進行分析后，根據(jù)井下探火鉆孔實測數(shù)

據(jù)，提出211203工作面采用以負壓通風為主，均壓通風為輔的工作面通風方式。

(2)工作面采用以負壓通風為主，均壓通風為輔的工作面通風方式可以有效對回風巷上隅角瓦斯超限進行治理，避免采空區(qū)遺煤自燃對工作面生產(chǎn)影響，且通過監(jiān)測系統(tǒng)實現(xiàn)對CO、CH4等有害氣體涌出監(jiān)測。采用上述通風方式后211203工作面安全推進820m，期間未出現(xiàn)CO、CH4等有害氣體超限情況。