高瓦斯礦井反風礦井絕對瓦斯涌出量變化特例分析

摘 要：犍為縣兩河口煤礦礦井反風后礦井風量下降，風排絕對瓦斯涌出量上升，成為反風礦井瓦斯涌出量上升的特例。主要原因是礦井投產(chǎn)不久，通風狀態(tài)改變和抽采瓦斯效果不好造成。

關(guān)鍵詞：礦井反風；絕對瓦斯涌出量；變化；特點

犍為縣兩河口煤礦設(shè)計生產(chǎn)能力210Kt/a，礦井服務(wù)年限為33.5a，經(jīng)過約四個月的試生產(chǎn)，于2015年12月31日開展了反風試驗演習。反風后礦井和回采工作面的風量均下降，但風排絕對瓦斯涌出量均呈上升趨勢，成為高瓦斯礦井反風后瓦斯涌出量變化的特例。分析其原因是礦井投產(chǎn)不久、反風出現(xiàn)短路風、負壓通風變?yōu)檎龎和L、抽采瓦斯效果不好造成。

1 礦井概況

1.1 地質(zhì)條件

區(qū)內(nèi)含煤地層為三疊系上統(tǒng)須家河組及侏羅系中、下統(tǒng)自流井組，地表平緩地帶分布有少量第四系。地層總體傾向北東，傾角2°～5°，構(gòu)造簡單，埋藏深度大。

1.2 煤層基本情況

礦區(qū)內(nèi)煤層自下而上有K8、K9、K10d、K10m、K10s等，其中K10d煤層大部可采，K10s煤層局部可采，各可采煤層特征見表1。

1.3 礦井開拓布置

礦井采用斜井開拓。全礦劃分為1個水平，即+160m水平；+160m水平運輸大巷布置在K10s煤層底板；+175m回風大巷布置在K10d煤層中；全礦劃分為 14個帶區(qū)，5個上山帶區(qū)、9個下山帶區(qū)。采用傾斜長壁采煤法開采。

1.4 礦井通風

礦井采用抽出式通風方法。現(xiàn)安裝有兩臺FBCDZNo23型主要通風機，電機功率為2×160kw，采用變頻技術(shù)控制風機轉(zhuǎn)速，目前頻率為42HZ。通風負壓為1120Pa，礦井等積孔為2.68m2。

采煤工作面采用“W”型通風，掘進工作面采用局部通風機壓入式通風。

1.5 礦井瓦斯情況

礦井為高瓦斯礦井。通過近4個月的試生產(chǎn)，計算礦井絕對瓦斯涌出量（含風排瓦斯量和抽采瓦斯量）大于20m3/min，相對瓦斯涌出量大于68m3/t。礦井建立了地面抽采瓦斯系統(tǒng)，抽放采動 壓瓦斯（高位 壓裂隙鉆孔抽放）及采空區(qū)埋管抽放。

2 礦井反風試驗

2.1 礦井反風系統(tǒng)

礦井反風系統(tǒng)如圖1。

2.2 礦井反風后風量和瓦斯變化

礦井反風前后風量和瓦斯?jié)舛茸兓绫?。

由表2 知，礦井反風前后，礦井風量從4552m3/min，降為3450m3/min（反風后回風風量），反風后風量降低24.2%，反風率75.8%、大于《煤礦安全規(guī)程》122條規(guī)定的40%。滿足規(guī)程要求。

但是，礦井反風后，絕對瓦斯涌出量為4.688+6.384=11.064m3/min，大于反風前的9.104m3/min，上升21.53%。即反風后礦井絕對瓦斯涌出量上升。

根據(jù)1982年、1984至1985年春的兩次全國性反風演習實驗，礦井反風時，瓦斯涌出量一般都比反風前有所減少，特別是一些高瓦斯礦井甚至出現(xiàn)大幅度減少。如表3所示[2]。即有90.54%的礦井，反風時礦井絕對瓦斯涌出量下降20%以上，有9.46%的礦井反風后瓦斯下降80%以上。就是說高瓦斯礦井反風后100%的礦井是絕對瓦斯涌出量降低20%以上。

兩河口煤礦反風的結(jié)果與80年代全國幾百個煤礦反風試驗結(jié)果相反，即反風量下降，反風后礦井風排絕對瓦斯涌出量增加。不但如此，就是在回采工作面內(nèi)，仍然是反風后風量下降、絕對瓦斯涌出量上升。

2.3 210D1區(qū)反風后風量和瓦斯涌出量變化

210D1區(qū)反風后風量和瓦斯涌出量變化如表4。

由表4知，反風前210D1區(qū)回風量1004m3/min，絕對瓦斯涌出量4.327m3/min；反風后風量僅475m3/min，反風后絕對瓦斯涌出量5.415m3/min。即反風后風量下降52.68%；而絕對瓦斯涌出量則比反風前上升25.14%。

2.4 410D1區(qū)反風后風量和瓦斯涌出量變化

410D1區(qū)反風測定數(shù)據(jù)如表5。

由表5知，反風前410D1區(qū)回風量818m3/min，絕對瓦斯涌出量3.763m3/min；反風后風量僅405m3/min，反風后絕對瓦斯涌出量4.293m3/min。即反風后風量下降50.44%，而絕對瓦斯涌出量則比反風前上升14.03%。

總結(jié)以上，礦井反風后，全礦風量下降24.2%，礦井絕對瓦斯涌出量則上升21.53%；回采工作面風量下降最多52.68%，絕對瓦斯瓦斯涌出量上升最大的有25.14%。

2.5 反風后絕對瓦斯涌出量上升原因

2.5.1 工作面風量發(fā)生變化

為了解決210D1東回風巷風流中瓦斯超限問題，在210D1工作面反風前，210D1東回風有從+130東排水巷引入的新風量（356+648）-669=335m3/min；反風后，210D1東進風有新風量600m3/min，從反風前的參新風巷短路的風量是：（600+222）-475=347m3/min，即反風后短路到+130m東排水巷的風量347m3/min，與反風前參新風量335m3/min相當，但是直接進入了反風后的+130m東排水巷，整個排水巷的瓦斯?jié)舛葹?.06%，沒有起到反風時排放和稀釋瓦斯的作用。反風后回采工作面進風，因礦井風量下降本來已經(jīng)減少的風量，再加上原來的參新風部分短路到回風，使反風后工作面風排瓦斯的回風量再度降低，故反風后工作面回風中瓦斯?jié)舛壬摺?/p>

410D1工作面風量，與210D1工作面類似。西回風巷的參新風，反風后變?yōu)槎搪凤L，失去了排放和稀釋反風后瓦斯的作用。

2.5.2 工作面采空區(qū)風流流動

210D1工作面反風前回風隅角有兩處，分別在東西回風的入口，反風后只有一處（原來的運輸巷新風出口）。如果采空區(qū)瓦斯涌出量反風前后相等，瓦斯一定會在反風后一個回風隅角處積聚更嚴重。所以反風后實測，210D1運輸巷（反風后回風巷）尾、距回風巷口5m的密閉附近，瓦斯?jié)舛冗_到3.60%（410D1工作面如圖3，對應(yīng)點瓦斯2.26%）。不但如此，由于采空區(qū)含瓦斯的風流在回風隅角發(fā)生變化，布置在東西風巷（即原來兩個回風隅角處）的抽采瓦斯的頂?shù)装邈@孔，雖然各有約20和12個孔在抽，因為這些鉆孔已經(jīng)不處于卸壓瓦斯，在微弱漏風驅(qū)動下的高濃度瓦斯區(qū)（回風隅角附近），而是在新鮮風流附近（即新風剛進入采空區(qū)處）的低濃度瓦斯區(qū)。另外，西風巷反風前的埋管抽采瓦斯系統(tǒng)，吸入瓦斯點也同樣因為反風而處在新鮮風流入口的低濃度瓦斯區(qū)。結(jié)果，頂板孔、底板孔、埋管（西風巷隅角處）等三種抽采瓦斯的措施，在反風后沒有起到抽采瓦斯的效果。所以，雖然反風后工作面的風量下降了，而風排瓦斯卻增加了。

2.5.3 煤層K 先開采后，底板10m以內(nèi)的K K 煤層（含煤線），隨著工作面推過，卸壓瓦斯很快涌入開采工作面。距開采層底板約16m，還有K9煤層及煤線和炭質(zhì)頁巖，隨工作面推過距離增加、采空區(qū)面積加大，卸壓瓦斯也將在工作面煤壁后方40m到80m涌入工作面。由于工作面投產(chǎn)不久，210D1只推過245m（410D1工作面為66m），上述卸壓瓦斯除風排、抽采以外，剩下的都遺留在面積不大的采空區(qū)。反風前風排瓦斯、抽采瓦斯、遺留瓦斯，在抽出式通風的條件下處于平衡狀態(tài)。反風后，原有平衡打破，且通風由抽出式變?yōu)閴喝胧剑从韶搲和L變?yōu)檎龎和L，采空區(qū)絕對壓力升高，有一驅(qū)趕采空區(qū)瓦斯向已有老塘區(qū)流動的趨勢。因為礦井剛投入生產(chǎn)，沒有臨近的老塘吸納采空區(qū)瓦斯，即便是反風后風量下降，絕對瓦斯涌出量也仍然上升。

建立了抽采瓦斯系統(tǒng)的高瓦斯礦井，反風風排瓦斯主要是來自鄰近層的卸壓瓦斯，由于礦井剛投產(chǎn)不久，沒有大面積的老塘，抽采瓦斯效果又不好，再加上負壓通風變?yōu)檎龎和L、參新風變?yōu)槎搪凤L量，反風量減少，反風風排瓦斯增加。至于高瓦斯礦井個別回采工作面反風后瓦斯量上升，過去的反風試驗也有類似現(xiàn)象[3]，但本試驗礦井，不同的是，反風試驗的全部回采工作面，都是反風后風量減少、瓦斯涌出量增加。

2.6 礦井反風演習時實現(xiàn)瓦斯不超限

首先，關(guān)于反風試驗時風流中瓦斯?jié)舛鹊南拗祮栴}。2016年版的新《煤礦安全規(guī)程》第七百一十二條，處理礦井火災(zāi)事故，應(yīng)當遵守下列規(guī)定：（1）控制煙霧的蔓延，防止火災(zāi)擴大。（2）防止引起瓦斯、煤塵爆炸。必須指定專人檢查瓦斯和煤塵，觀測災(zāi)區(qū)的氣體和風流變化。當甲烷濃度達到2.0%以上并繼續(xù)增加時，全部人員立即撤離至安全地點并向指揮部報告[5]。既然反風是災(zāi)害后的通風，所以回風中的瓦斯?jié)舛龋?.0%為超限指標不應(yīng)該有爭議。但是，實際反風試驗時，有關(guān)人員仍然用瓦斯?jié)舛?.0%作為是否超限的指標，是不妥的。

其次，兩河口煤礦反風試驗時，工作面回風的瓦斯?jié)舛冗_到1.14%，沒有超過2.0%，不應(yīng)該屬于反風試驗時的瓦斯超限。在密閉附近測得的瓦斯?jié)舛?.60%，不是風流中的瓦斯?jié)舛戎怠?/p>

再次，類似于本試驗礦井條件，如果需要降低反風的風排瓦斯?jié)舛龋达L時將參新風巷的風窗面積降低，使東（西）+130排水巷的風量減少、瓦斯?jié)舛壬仙ó斎徊荒艹蓿黾庸ぷ髅娣达L后的回風量。

最后，臨時將埋管抽采瓦斯的方式移至新的回風隅角處（反風前運輸巷的出風口）附近，或者在隅角處適當增加抽采瓦斯鉆孔，提升反風時抽采瓦斯的效果。

建議兩河口煤礦下一年度反風試驗時，盡可能多地測定相關(guān)數(shù)據(jù)，再次分析反風前后瓦斯涌出量的變化。

3 結(jié)論與建議

（1）反風試驗礦井，反風時礦井總風量和回采工作面風量都下降，且礦井和回采工作面的絕對瓦斯涌出量都上升，是高瓦斯煤礦反風試驗的一個特例。原因是礦井剛投產(chǎn)不久，采空區(qū)面積小，原來的參新風變成短路風，加上抽采瓦斯效果降低，所以發(fā)生了這一特例。針對性采取措施可以改變這種現(xiàn)象。

（2）反風試驗時，回風流中的瓦斯?jié)舛认拗祽?yīng)執(zhí)行規(guī)程規(guī)定值即為2.0%。

（3）建議試驗礦井下次反風時，盡可能多地測定相關(guān)數(shù)據(jù)（比如反風試驗時埋管抽采瓦斯參數(shù)等），為災(zāi)變通風提供更多實測參數(shù)的支撐。

參考文獻

[1]卞伯綬.關(guān)于礦井反風[J].煤礦安全，1984，1.

[2]王省身，張國樞，趙以蕙.礦井主通風機反風技術(shù)研究總結(jié)——兼談對《煤礦安全規(guī)程》第124條的修改[J].礦井通風專業(yè)委員會編.中國煤炭工業(yè)勞動保護科學技術(shù)學會礦井通風論文選集3[C].

[3]郄兵印.高瓦斯礦井反風中瓦斯涌出規(guī)律淺析[J].煤礦安全，

1989，1.

[4]國家安全監(jiān)管總局，國家煤監(jiān)局.煤礦安全規(guī)程[M].煤炭工業(yè)出版社，2011.

[5]國家安全監(jiān)管總局，國家煤監(jiān)局.煤礦安全規(guī)程[M].煤炭工業(yè)出版社，2016.

作者簡介：劉益文（1964，1-），男，高級工程師，注冊安全工程師，四川省安全監(jiān)管局（四川煤監(jiān)局）安全技術(shù)中心總工辦主任，主要從事瓦斯災(zāi)害防治技術(shù)研究與安全高效礦井建設(shè)技術(shù)服務(wù)和技術(shù)管理等工作。