戴永祿

（西山煤電集團公司，山西省太原市，030053）

大型礦井回采工作面瓦斯涌出特征考察及影響因素分析

戴永祿

（西山煤電集團公司，山西省太原市，030053）

通過對西山煤電屯蘭礦已經完成回采的12403、18201和18203工作面瓦斯涌出特征的考察，分析了高產、高瓦斯礦井回采工作面瓦斯涌出的影響因素，認為工作面瓦斯涌出總體上受生產工序、瓦斯涌出不均衡性、配風量、地質因素和瓦斯抽采等因素的影響，通過加密抽采鉆孔布置、加強鉆孔封堵以及煤層瓦斯抽采可取得較好瓦斯治理效果。

高瓦斯礦井 瓦斯治理 抽放鉆孔 配風量

1 引言

西山煤電屯蘭礦為高產、高瓦斯礦井，根據2011年礦井瓦斯等級鑒定結果，礦井絕對瓦斯涌出量207.05m3／min，相對瓦斯涌出量34.04m3／t。隨著礦井開采深度的不斷加大，煤層瓦斯含量和礦井瓦斯涌出量將會有大幅度增加。當前，隨著新的采掘工作不斷向深部延伸，瓦斯噴孔現(xiàn)象時有發(fā)生，突出預兆明顯，特別是近年來南五盤區(qū)等區(qū)域在掘進過程中多次發(fā)生過異常瓦斯涌出的情況，并伴有煤體破碎狀態(tài)垮落的現(xiàn)象，其涌出量最大為40m3／t，嚴重影響了礦井的安全生產。本文通過對已完成回采的工作面瓦斯涌出特征進行考察，分析回采工作面瓦斯涌出的影響因素，為屯蘭礦及其它高產高瓦斯礦井的瓦斯治理提供依據。

2 回采工作面瓦斯涌出特征考察

2.1 12403工作面瓦斯涌出特征考察

12403工作面屬于南四盤區(qū)，回采2＃煤層，是南四盤區(qū)第二個開采的工作面。運輸巷長1925m，軌道巷長1938m，回風巷長1936m，采面長185m，可采長度1805m。所采用的采煤工藝為傾斜長壁后退式綜合機械化開采，一次采全高，頂板管理方法為全部垮落法。瓦斯涌出情況見圖1。

從圖1可以看出：整個回采期間，12403工作面供風量為2900～3500m3／min，在供風量基本穩(wěn)定的條件下，工作面產量和瓦斯涌出量的變化基本保持一致。從所收集的資料分析，12403工作面在回采期間瓦斯涌出還表現(xiàn)出以下特征：

（1）在開采初期，鄰近層抽放鉆孔的瓦斯抽放量較小，一般為3.2～4m3／min，之后隨著頂板垮落，裂隙帶抽放鉆孔開始起作用，抽放量逐漸增加，至回采結束抽放量一般保持在10m3／min以上。

圖1 12403工作面風量、瓦斯涌出量及產量關系圖

（2）從統(tǒng)計的資料分析，本煤層抽放鉆孔的抽放具有以下特征：在開始回采的前兩個月內，本煤層抽放鉆孔抽放量比較大，保持在10～12m3／min之間；在之后的第3、4個月，本煤層鉆孔抽放量逐漸降低，但仍保持較高的抽放量，一般能達到5～9m3／min；等到開采時間推進到第5、6和7個月時，本煤層鉆孔的抽放量再次減小，通常只能達到3～5m3／min，并且抽放量出現(xiàn)波動；從第8個月開始，本煤層鉆孔的抽放量逐漸達到最小值，抽放量普遍小于2m3／min，并維持至回采結束。以上分析表明，在屯蘭礦本煤層預抽應保持在半年以上，并且在預抽期間抽放鉆孔具有較好的抽放效果。具體數(shù)據如表1所示。

表1 12403工作面瓦斯涌出特征統(tǒng)計數(shù)據

（3）12403采面的絕對瓦斯涌出量在開采過程中具有以下特征：從統(tǒng)計資料可以看出，回采的第1個月，平均日產量5186t，平均供風量2894 m3／min，采面平均絕對瓦斯涌出量為38.09m3／min；在回采進行到第2、3和4個月時，平均日產量為5400～6200t左右，與第1個月相比出現(xiàn)增長，供風量保持在3500m3／min左右，采面平均絕對瓦斯涌出量達到約50～54m3／min；在之后的回采過程中，當風量基本穩(wěn)定，平均日產量約在5500～6000t時，工作面的平均絕對瓦斯涌出量約為45～50m3／min；在最后幾個月的回采過程中，當供風量保持在3000m3／min左右，平均日產量約4000t時，工作面的平均絕對瓦斯涌出量為25～28m3／min。通過考察可以得出：工作面的絕對瓦斯涌出量與供風量、工作面的產量的變化密切相關。

2.2 18201工作面瓦斯涌出特征考察

18201工作面位于8＃煤層，該工作面煤層厚度不穩(wěn)定，在2.5～4.0m之間變化，平均厚約3.7m，底板有底凸薄化現(xiàn)象，煤層內含黃鐵礦結核。煤層整體傾向南西，傾角3～9°。煤塵具有爆炸性，屬于Ⅰ類自燃傾向性煤層。所采用的采煤工藝同12403工作面，瓦斯涌出情況如圖2所示。

18201工作面在整個回采過程中供風量基本保持穩(wěn)定，為3995～4277m3／min，工作面瓦斯抽放采用本煤層邊采邊抽和裂隙帶抽放相結合的方式。在18201軌道巷共布置32個鉆場，鉆場規(guī)格為寬4m、深4m、高3m，鉆場滯后聯(lián)絡巷約10m，每個鉆場內共布置6個抽放鉆孔，其中鄰近層和本煤層抽放鉆孔各3個；尾巷內布置鄰近層抽放鉆孔，鉆孔間距10m，另外在中切眼兩側沿18201工作面走向布置用于本煤層抽放的長鉆孔，鉆孔間距15m。

圖2 18201工作面風量、瓦斯涌出量及產量關系圖

從圖2可以看出：整個回采期間，18201工作面在供風量基本穩(wěn)定的條件下，工作面產量和瓦斯涌出量的變化基本保持一致。該工作面在回采期間瓦斯涌出具有如下特征：

（1）工作面回采初期，第一個鉆場內只有3個本煤層抽放鉆孔，尾巷內所布置的鄰近層抽放鉆孔尚未發(fā)揮作用，因此瓦斯抽放量較小，工作面瓦斯涌出主要為風排瓦斯量，經統(tǒng)計瓦斯涌出量為12.8～23m3／min，并且在回采初期隨著產量增加瓦斯涌出量有明顯的增加。

（2）隨著回采的推進，軌道巷鉆場內的鉆孔、中切眼內的本煤層長鉆孔以及尾巷內的鄰近層抽放鉆孔均開始發(fā)揮作用，瓦斯抽放量隨之明顯增加并在總體上保持穩(wěn)定。18201軌道巷分支點監(jiān)測的數(shù)據顯示：2007年10月、11月，2008年1月、2月瓦斯抽放濃度量明顯升高（最高達到80%）抽放量變大，隨后又開始減小。總體上看，軌道巷內所有抽放鉆孔的平均抽放量約為5～10m3／min。

圖3 18201與12403工作面風排瓦斯量對比圖

（3）18201工作面在回采期間供風量比較穩(wěn)定，大約為4000m3／min，高于12403工作面的供風量，而18201工作面的產量低于12403工作面，統(tǒng)計數(shù)據顯示，18201工作面在回采期間的風排瓦斯量總體上要大于12403工作面的風排瓦斯量。這說明，與12403相比，18201工作面預抽瓦斯不充分，18201工作面在開采過程中由于殘存瓦斯含量較大致使回風流中瓦斯?jié)舛绕?，同時也說明了本煤層預抽瓦斯的必要性。18201與12403工作面風排瓦斯量對比見圖3。

2.3 18203工作面瓦斯涌出特征考察

18203工作面屬于南二盤區(qū)左翼下組煤8＃煤層的第二個工作面，該工作面走向長1467m，運輸巷1537m，軌道巷1624m，回風巷1632m，采面長204m。8＃煤層基本穩(wěn)定，厚約3.64m，靠近工作面切眼煤層變薄，厚約2.8m，煤質均為焦煤，工作面后半部分屬高硫區(qū)。工作面采煤工藝同12403工作面，工作面風量、涌出量與產量的變化關系如圖4所示。

圖4 18203工作面風量、瓦斯涌出量及產量關系圖

從統(tǒng)計數(shù)據可以看出18203工作面瓦斯涌出具有如下特征：

（1）18203軌道巷采用交叉鉆孔進行本煤層預抽和邊采邊抽工作，其中垂直工作面的抽放鉆孔間距5m，傾斜鉆孔間距10m，與在鉆場內施工抽放鉆孔相比，不但抽放鉆孔的數(shù)量較多，而且交叉鉆孔的使用在一定程度上增加了煤層的透氣性，因此抽放量比較大，并且相對穩(wěn)定。

（2）在抽放量保持基本穩(wěn)定的條件下，開采速度對風排瓦斯量和工作面瓦斯涌出量的影響比較明顯。開采速度較快時，風排瓦斯量和工作面瓦斯涌出量增加，反之減少。進尺與風排量及涌出量的關系如圖5所示。

圖5 進尺與風排量及涌出量關系圖

3 高產、高瓦斯回采工作面瓦斯影響因素分析

通過對采煤工作面涌出特征的考察和進一步的分析研究，可以總結出采煤工作面瓦斯涌出受以下因素的影響并呈現(xiàn)出其規(guī)律性：

（1）生產工序（推進速度）與瓦斯涌出的關系：生產班瓦斯涌出量大，檢修班瓦斯涌出量小。工作面瓦斯涌出量在產量較小的情況下，隨產量的增加而增加，并較好地符合線性關系，當產量繼續(xù)增大時，瓦斯涌出量與產量之間不再是線性關系。其原因是，工作面推進速度的快慢直接影響到圍巖的移動和變形，推進速度慢時，變形和冒落充分，將導致鄰近層、圍巖的瓦斯涌出量增加，反之將減小。

（2）生產過程中采煤工作面瓦斯涌出不均衡，在不同時間瓦斯涌出具有差異性：由于生產不均衡，導致瓦斯涌出也不均衡，瓦斯涌出的不均衡在監(jiān)測數(shù)據上以最大值、最小值、平均值的的形式反映出來。一般統(tǒng)計的瓦斯量都是平均值，但是當根據涌出量考慮配風問題時，涌出量必須為采面最大涌出量，才能保證瓦斯?jié)舛炔粫蕖?/p>

（3）配風量與采面瓦斯涌出量之間的關系為：隨著采面日產量逐漸增大，瓦斯涌出量也增大。為了使采面的瓦斯不超限，通常加大配風量來稀釋瓦斯。采面配風量對瓦斯涌出量的影響主要是對采空區(qū)瓦斯涌出的影響。風量過小，上隅角經常超限，但風量過大，造成采空區(qū)瓦斯涌出增大，同樣易造成回風流和上隅角瓦斯超限。因此，合理配風對控制采面瓦斯涌出具有重要作用。

（4）瓦斯抽采與工作面瓦斯涌出的關系：有效的工作面預抽能降低煤層瓦斯含量，經過預抽的煤層在開采期間，由于煤層殘存瓦斯含量降低，開采時涌向開采空間的的落煤瓦斯量將減少；鄰近層抽采普遍抽放效果較好，對鄰近層瓦斯進行抽放能減少采空區(qū)和鄰近層瓦斯的涌出，因而能降低采煤工作面在開采過程中的瓦斯涌出。

4 結論

通過對12403、18201、18203工作面在生產過程中瓦斯涌出情況的考察，分析高產、高瓦斯工作面瓦斯涌出的影響因素后可以得出如下結論：

（1）西山煤田范圍內相關煤層透氣性相當，煤層瓦斯可抽性為同一類型，通過加密抽采鉆孔布置、加強鉆孔封堵，本煤層瓦斯抽采可取得較好效果。

（2）工作面瓦斯涌出總體上受生產工序、瓦斯涌出不均衡性、配風量、地質因素、瓦斯抽采等因素的影響，生產過程中應根據影響瓦斯涌出的主控因素變化制定專門的措施，確保工作面安全、高效生產。

［1］ 張志剛，周厚權，李新建等.屯蘭礦瓦斯綜合抽采技術研究［R］.重慶：煤炭科學研究總院重慶研究院，2010

［2］ 張鐵崗.礦井瓦斯綜合治理技術［M］.北京：煤炭工業(yè)出版社，2001

［3］ 武華太.高瓦斯煤層群綜采面瓦斯涌出影響因素研究［J］.中國煤炭，2008（10）

Research on characteristics and influencing factors of gas emission in working face of large coal mine

Dai Yonglu
（Xishan Coal Electricity Group Corporation Ltd.，Taiyuan，Shanxi 030053，China）

In terms of the characteristics of gas emission from No.12403，18201and 18203 working faces in Tunlan Coal Mine of Xishan Coal Electricity Group Corporation Ltd.，the influencing factors of gas emission were analyzed for the coal mine with high productivity and high gas content.It follows that the gas emission from the working face are generally affected by production procedures，no uniformity of gas emission，air amount intake，geological factors and gas drainage.The desired gas control could be obtained by increasing boreholes numbers and strengthening sealing of boreholes.

high gas content coal mine，gas control，borehole for drainage，air amount intake

TD712.5

B

戴永祿（1964－），男，安徽巢湖人，高級工程師，現(xiàn)任西山煤電（集團）有限責任公司通風處處長。

（責任編輯 梁子榮）