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?，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(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年礦井絕對瓦斯涌出量為363.7 m³/min，單個(gè)回采工作面的絕對瓦斯涌出量高達(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

日期	產(chǎn)量	入風(fēng)巷	回  風(fēng)  巷			尾    巷			瓦 斯 量
		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
5月14日	2722	812	540	0.3	1.62	280	0.3	0.84		2.46
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										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8125工作面負(fù)壓分布情況進(jìn)行了觀測

地   點(diǎn)	絕對靜壓（hPa）	風(fēng)量(m3/min)	絕對靜壓（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

由上表可見：為確保8125內(nèi)錯(cuò)尾巷的正常運(yùn)行，需要對回風(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比：

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

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