劉振華

（大同煤礦集團(tuán)有限責(zé)任公司大斗溝煤業(yè)有限公司，山西 大同 037026）

石圪臺(tái)煤礦是神東煤炭集團(tuán)公司主力生產(chǎn)礦井之一，位于陜西省神木縣境內(nèi)，井田面積65.283 km2，石圪臺(tái)煤礦共有8 個(gè)可采煤層，其中主采煤層為1-2、2-2、3-1 煤層。目前開(kāi)采的3-1 煤煤層埋藏較淺、工作面頂板基巖較薄，頂板上部的覆蓋層較疏松[1]。若存在多煤層開(kāi)采，煤層間距小，當(dāng)下層煤開(kāi)采時(shí)，受二次采動(dòng)的影響，上下采空區(qū)垮落聯(lián)通，裂隙直達(dá)地表，漏風(fēng)情況極為明顯[2-3]。若工作面周邊存在小煤窯采空區(qū)，則漏風(fēng)通道變得更為復(fù)雜化[4]。本文為驗(yàn)證31201 采空區(qū)與周邊鄰近采空區(qū)及工作面的漏風(fēng)通道和漏風(fēng)量，通過(guò)采用SF6示蹤氣體進(jìn)行測(cè)定，為制定漏風(fēng)防治措施提供技術(shù)參考。

1 工作面及周邊采動(dòng)概況

1.1 工作面概況

31201 工作面寬311.4 m，走向長(zhǎng)1 865 m，采高4.0 m，地面標(biāo)高：1 168~1 230 m，煤層底板標(biāo)高：1 078~1 088 m。工作面范圍內(nèi)無(wú)斷層、褶皺地質(zhì)構(gòu)造帶，局部地區(qū)存在沖刷帶構(gòu)造。31201 工作面進(jìn)回風(fēng)巷掘進(jìn)區(qū)煤層為較穩(wěn)定煤層，總體為負(fù)坡掘進(jìn)，局部煤層頂部有0.2～0.6 m 的砂質(zhì)泥巖夾矸；工作面上覆有48～120 m 厚的基巖。

1.2 工作面周邊采動(dòng)情況

1）上覆采空區(qū)。31201 工作面上部為原天隆煤礦22 煤層開(kāi)采采空區(qū)，22 煤層厚度3.99～5.32 m，平均4.84 m。兩煤層之間的層間距在27.25～40.57 m，平均間距39.27 m。

2）鄰近采空區(qū)。31201 工作面開(kāi)切眼南側(cè)有已經(jīng)關(guān)停的7 個(gè)小煤礦，經(jīng)過(guò)對(duì)石圪臺(tái)煤礦31201 工作面周邊存在的小煤礦現(xiàn)場(chǎng)查看及采空區(qū)氣體采集分析，工作面南部的劉石畔煤礦等5 個(gè)小煤窯采空區(qū)遺煤存在自然發(fā)火跡象。

2 工作面漏風(fēng)通道檢測(cè)

2.1 漏風(fēng)通道檢測(cè)方案

2013 年 8 月 19 日，31201 工作面開(kāi)始回采，采用負(fù)壓通風(fēng)方式。 9 月 9 日，31201 工作面回采約110m，老頂來(lái)壓垮落。對(duì)31201 工作面已回采對(duì)應(yīng)地表區(qū)域進(jìn)行查看，發(fā)現(xiàn)距離工作面切眼約50 m 有多處裂隙，最寬約1.5 m，深約10 m，可以觀測(cè)到明顯的漏風(fēng)現(xiàn)象，判斷漏風(fēng)方向?yàn)榈乇硐蛄严渡钐幝╋L(fēng)。

為驗(yàn)證地表與井下的漏風(fēng)通道，制定了使用SF6示蹤氣體進(jìn)行漏風(fēng)通道測(cè)定的實(shí)施方案，步驟如下：

2.1.1 確定SF6示蹤氣體釋放點(diǎn)

31201 工作面地表測(cè)漏風(fēng)示意圖見(jiàn)圖1。SF6示蹤氣體的釋放點(diǎn)為距離回順約110 m 處的明顯裂隙。

圖1 31201 工作面地表測(cè)漏風(fēng)示意圖

2.1.2 確定SF6示蹤氣體接收點(diǎn)

預(yù)先選定4 個(gè)氣樣取樣點(diǎn)，依次為：①井下31201 工作面上隅角；②31201 回風(fēng)順槽距離上隅角50 m 處（33 與34 號(hào)聯(lián)巷之間）；③劉石畔煤礦主井；④神府碳窯渠煤礦2 號(hào)井。

2.1.3 示蹤氣體檢測(cè)與氣樣采集

將SF6釋放裝置與氣源、釋放桿連接，各接收點(diǎn)配備攜帶SF6檢測(cè)儀的取樣員提前到位。9 月9 日1：30 pm，釋放點(diǎn)將氣體釋放速度設(shè)置在5 L/min 并保證連續(xù)穩(wěn)定地釋放。

1：55pm，31201 工作面上隅角檢測(cè)到 SF6示蹤氣體，待氣流穩(wěn)定后，每隔5 min 鐘采集1 個(gè)氣樣，共取3 個(gè)氣樣。2：00 pm，31201 回風(fēng)順槽距離上隅角50 m處也檢測(cè)到SF6示蹤氣體，待氣流穩(wěn)定后采集氣樣。

2：30pm，神府碳窯渠煤礦2 號(hào)井檢測(cè)到SF6示蹤氣體，待氣流穩(wěn)定后采集氣樣。

12：00pm，劉石畔煤礦主井檢測(cè)到SF6示蹤氣體，待氣流穩(wěn)定后采集氣樣。

2.1.4 氣樣分析

對(duì)采集的氣樣分析，得到SF6濃度結(jié)果如下：

1）31201 工作面上隅角采集的3 個(gè)氣樣中SF6濃度依次為：99.94×10-9、92.27×10-9、86.37×10-9。

2）31201 回風(fēng)順槽距離上隅角50m 處（33 號(hào)與34 號(hào)聯(lián)巷之間）采集的2 個(gè)氣樣中SF6濃度依次為：90.53×10-9、88.09×10-9。；

3）神府碳窯渠煤礦2 號(hào)井采集的1 個(gè)氣樣中SF6濃度為 100.25×10-9。

4）劉石畔煤礦主井采集的1 個(gè)氣樣中SF6濃度為 88.81×10-9。

2.2 煤層天隆采空區(qū)與小煤窯漏風(fēng)通道現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試

31201 工作面上覆22 煤層天隆采空區(qū)，糖漿渠二礦曾越界開(kāi)采并破壞了天隆采空區(qū)與31201 工作面南部7 個(gè)小煤礦之間的保安煤柱，小煤礦采空區(qū)之間有互相連通，天隆采空區(qū)與小煤窯采空區(qū)之間可能存在漏風(fēng)通道。所以需要對(duì)天隆采空區(qū)與小煤窯采空區(qū)之間的漏風(fēng)通道和漏風(fēng)線路進(jìn)行漏風(fēng)測(cè)試。

9 月10 日，制定了使用SF6示蹤氣體進(jìn)行漏風(fēng)通道測(cè)定的實(shí)施方案，具體步驟如下：

1）確定SF6示蹤氣體釋放點(diǎn)。通過(guò)周期性的對(duì)水文觀測(cè)孔進(jìn)行取氣觀察，分析其氣體變化規(guī)率，選定在31201 工作面內(nèi)距離切眼190 m 處的5 號(hào)水文觀測(cè)孔為SF6示蹤氣體的釋放點(diǎn)。該孔位于22 煤天隆220402 采空區(qū)。

2）確定SF6示蹤氣體接收點(diǎn)。SF6示蹤氣體的接收點(diǎn)選擇位于劉石畔煤礦的9 號(hào)水文觀測(cè)孔。

3）示蹤氣體檢測(cè)與氣樣采集。將SF6釋放裝置與氣源、釋放桿連接，各接收點(diǎn)配備攜帶SF6檢測(cè)儀的取樣員提前到位。9 月10 日9：30 am，釋放點(diǎn)將氣體釋放速度設(shè)置在3 L /min 并保證連續(xù)穩(wěn)定地釋放，12：00 pm 停止釋放。

12：30 pm，9 號(hào)水文觀測(cè)孔檢測(cè)到SF6示蹤氣體，待氣流穩(wěn)定后，共取3 個(gè)氣樣，間隔5 min。

4）氣樣分析。取樣結(jié)束后，將氣樣及進(jìn)行分析，氣樣中檢測(cè)SF6濃度為9.20×10-9。

2.3 檢測(cè)結(jié)果分析

1）31201 工作面地表裂隙與井下漏風(fēng)通道現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試結(jié)果分析。31201 工作面地表裂隙與井下漏風(fēng)通道現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試結(jié)果顯示4 個(gè)接收點(diǎn)氣樣中均存在SF6示蹤氣體，其中31201 工作面上隅角最先檢測(cè)到示蹤氣體，且其氣樣中SF6示蹤氣體濃度大于回風(fēng)順槽氣樣中濃度，這表明：①31201 工作面采空區(qū)與31201工作面地表裂隙之間存在連通的漏風(fēng)通道，負(fù)壓通風(fēng)下，地表空氣經(jīng)漏風(fēng)通道向31201 采空區(qū)漏風(fēng)；②31201 工作面與22 煤層天隆采空區(qū)之間存在連通的漏風(fēng)通道，天隆采空區(qū)氣體向31201 工作面運(yùn)移。

此外，神府碳窯渠煤礦2 號(hào)井先于劉石畔煤礦主井檢測(cè)到SF6示蹤氣體，且前者氣樣中示蹤氣體濃度大于后者，說(shuō)明：31201 工作面地表裂隙與神府碳窯渠煤礦2 號(hào)井和劉石畔煤礦主井之間存在連通的漏風(fēng)通道，且漏風(fēng)線路為：地表空氣→31201 工作面地表裂隙→神府碳窯渠煤礦2 號(hào)井→劉石畔煤礦主井。

2）22 煤層天隆采空區(qū)與小煤窯漏風(fēng)通道現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試結(jié)果分析?，F(xiàn)場(chǎng)測(cè)試結(jié)果顯示5 號(hào)水文觀測(cè)孔與劉石畔煤礦9 號(hào)水文觀測(cè)孔之間存在連通的漏風(fēng)通道。由于5 號(hào)水文觀測(cè)孔與22 煤天隆采空區(qū)相通，因此可以判定天隆采空區(qū)與小煤窯采空區(qū)之間存在連通的漏風(fēng)通道。

3 工作面漏風(fēng)量測(cè)定

3.1 漏風(fēng)量測(cè)定方案

為了避免短時(shí)間內(nèi)SF6氣體在采空區(qū)的滯留，固選擇10 月30 日對(duì)31201 工作面的漏風(fēng)量進(jìn)行測(cè)定。

此時(shí)工作面已經(jīng)回采至主運(yùn)順槽28 號(hào)聯(lián)絡(luò)巷處，距離開(kāi)切眼約516 m 處。為研究工作面漏風(fēng)量的變化，做到有效的采取自然發(fā)火預(yù)防措施，使用SF6示蹤氣體進(jìn)行漏風(fēng)量檢測(cè)，具體步驟如下：

1）確定SF6示蹤氣體釋放點(diǎn)。31201 工作面為負(fù)壓通風(fēng)，工作面的主運(yùn)順槽和輔運(yùn)順槽進(jìn)風(fēng)，經(jīng)過(guò)27聯(lián)巷后風(fēng)流匯合。主、輔順槽之間的28 聯(lián)巷已封閉，并留有反水孔、措施孔和觀測(cè)孔。因此，27 聯(lián)巷至31201 工作面之間巷道截面的中間位置作為SF6示蹤氣體釋放點(diǎn)。

根據(jù)公式L≥32S/U 計(jì)算出釋放點(diǎn)和取樣點(diǎn)的位置，進(jìn)而確定釋放點(diǎn)與取樣點(diǎn)、漏風(fēng)點(diǎn)與接收點(diǎn)之間的距離。進(jìn)風(fēng)巷巷道高3.4 m，寬5.4 m，回風(fēng)巷巷道高3.4 m，寬5.0 m，代入公式計(jì)算得出：

Lj≥32S/U=32×5.4×3.4（／2×（5.4+3.4））=33.4m

Lh≥32S/U=32×5.0×3.4（／2×（5.0+3.4））=32.4m

式中：Lj為進(jìn)風(fēng)巷道；Lh為回風(fēng)巷巷道。

取Lj=Lh=35 m，確定SF6示蹤氣體釋放點(diǎn)R 在進(jìn)風(fēng)巷距離工作面70 m 處（27 與28 號(hào)聯(lián)巷之間），符合要求。

2）確定SF6示蹤氣體接收點(diǎn)。根據(jù)釋放點(diǎn)與取樣點(diǎn)之間應(yīng)滿(mǎn)足的距離關(guān)系，確定接收點(diǎn)位置為：①進(jìn)風(fēng)巷接收點(diǎn)S1距離31201 工作面35 m 處；②回風(fēng)巷接收點(diǎn)S2距離31201 工作面35 m 處。

31201 工作面漏風(fēng)測(cè)定示意圖見(jiàn)圖2。

圖2 31201 工作面測(cè)漏風(fēng)示意圖

3）示蹤氣體檢測(cè)與氣樣采集。

10 月 30 日 4：30 pm，將 SF6釋放裝置與氣源、釋放桿連接，各接收點(diǎn)配備攜帶SF6檢測(cè)儀的取樣員提前到位。釋放點(diǎn)R 保證5L/min 的釋放速率連續(xù)穩(wěn)定地釋放SF6示蹤氣體。

4：50 pm，進(jìn)風(fēng)巷接收點(diǎn)S1檢測(cè)到示蹤氣體，待氣流穩(wěn)定共計(jì)取4 個(gè)氣樣，間隔10 min。

5：00 pm，回風(fēng)巷接收點(diǎn)S2檢測(cè)到示蹤氣體，待氣流穩(wěn)定共計(jì)取4 個(gè)氣樣，間隔10 min。

4）氣樣分析與漏風(fēng)量計(jì)算。對(duì)采集的氣樣及時(shí)進(jìn)行分析，得到氣樣中SF6濃度見(jiàn)表1。

表1 31201 工作面漏風(fēng)測(cè)定氣樣分析表

測(cè)定結(jié)果要求至少3 組數(shù)據(jù)相對(duì)誤差均在5%以?xún)?nèi)，檢測(cè)結(jié)果有效。根據(jù)上表可知，第3 組數(shù)據(jù)進(jìn)風(fēng)巷中SF6氣體濃度小于回風(fēng)巷濃度，可能是由于人工采樣送樣氣體泄露所致，但1、2、4 這3 組數(shù)據(jù)滿(mǎn)足要求。排除第3 組數(shù)據(jù)后計(jì)算得S1平均SF6氣體濃度為 34.62×10-6，S2平均 SF6氣體濃度為 32.13×10-6。

根據(jù)濃度守恒定律，相同時(shí)間內(nèi)SF6質(zhì)量相等，可有如下公式：

實(shí)際測(cè)得回風(fēng)風(fēng)量Q2為1 510 m3/min，可計(jì)算31201 工作面漏風(fēng)量為：

計(jì)算31201 采空區(qū)漏風(fēng)率為：

3.2 測(cè)定結(jié)果分析

根據(jù)氣樣分析檢測(cè)結(jié)果，計(jì)算得到31201 工作面漏風(fēng)量為109 m3/min，漏風(fēng)率為7.78%。

4 結(jié) 論

31201 工作面主要受上覆22 煤天隆采空區(qū)氣體下泄的影響，受小煤窯采空氣體影響較小，嚴(yán)重的漏風(fēng)可能導(dǎo)致天隆采空區(qū)遺煤自然發(fā)火，天隆采空區(qū)氣體下泄將嚴(yán)重影響31201 工作面的安全生產(chǎn)，所以應(yīng)立即對(duì)地表存在的裂隙進(jìn)行回填，盡量減少地表向井下漏風(fēng)。在31201 工作面回采過(guò)程中出現(xiàn)的地表裂隙，應(yīng)安排專(zhuān)人負(fù)責(zé)巡視、檢查，發(fā)現(xiàn)裂隙立即采取回填措施，并進(jìn)行記錄，同時(shí)考查井下風(fēng)量變化情況，判斷回填效果。