D煤礦二水平主副水倉掘進工作面瓦斯超限原因探究

閆小軍，武少鵬

(1.山西潞安環保能源開發股份有限公司 王莊煤礦，山西 長治 046000；2.潞安化工集團 安全管理部，山西 長治 046204)

瓦斯事故一直是國內外煤礦企業甚至煤炭專家共同面臨的難題，如2017年5月3日，伊朗古萊斯坦省一處煤礦發生爆炸事故造成至少21名礦工死亡[1]；2021年3月25日，山西華陽集團石港煤業有限公司發生較大煤與瓦斯突出事故，造成4人死亡[2]。

瓦斯濃度超限是瓦斯爆炸的必要條件。因此，要從根本上預防瓦斯事故，杜絕瓦斯隱患，就必須首先找出瓦斯濃度超限的真正原因，并將其消滅在萌芽狀態。現以D煤礦瓦斯超限為例進行分析論證。

D煤礦自2021年6月25日至7月1日一直處于停產停建狀態。然而就在停產停建期間，7月1日零點班2：14許，二水平主、副水倉掘進工作面發生瓦斯超限事故，超限報警探頭共4個(見表1)，最長持續時間12 min53 s，最大瓦斯濃度達到4%，13 min以后各地點瓦斯濃度全部自動恢復正常。

表1 瓦斯超限參數匯總

D煤礦現有兩個水平，上水平處于生產狀態，開采2號、3號煤層；下組煤處于基建狀態，開采9+10號、10號、11號、11下號煤層。根據現有資料顯示，礦井下組煤的瓦斯原始含量為2.6 m3/t，可解析量為1.1 m3/t，瓦斯量相對較低，超限可能不大。為消滅安全隱患，杜絕安全事故，那就需要精準找出瓦斯超限原因，針對原因制定針對性的安全管理措施。

1 瓦斯濃度超限原因分析

經井下現場勘查，發現主、副水倉掘進工作面現場支護完好，掘進工作面帶式輸送機膠帶斷開，4處原超限點的瓦斯濃度恢復至0.04%～0.06%，測定迎頭鉆孔1 m深處瓦斯濃度23%；據當班瓦檢員描述，瓦斯超限時在巷道口聽到煤炮響聲；調度臺監控顯示，兩處局部通風機均無停電停風情況發生。主、副水倉平面布置圖見圖1。

圖1 主、副水倉平面布置圖

1.1 局部通風機和瓦斯監控系統運行情況排查

經在調度臺現場查看，主、副水倉的2臺局部通風機和瓦斯監控系統的運行情況，發現通風機運行穩定，報警的4個瓦斯探頭運行良好。

因此，主、副水倉掘進工作面瓦斯超限不是由局部通風機停運和瓦斯監控系統失效造成的。

1.2 瓦斯濃度超限原因的鎖定

排除風機和監控系統故障的嫌疑后，經現場勘驗，發現在主、副水倉的頂板上均出現嶄新的裂隙(水倉頂板裂隙圖見圖2)，主水倉裂隙長約9 m，寬約60 mm；副水倉裂隙長約11 m，寬約65 mm。

圖2 水倉頂板裂隙圖

據測定，9+10號煤層原始瓦斯含量5.72 m3/t，可解吸量4.10 m3/t；10號煤層原始瓦斯含量5.15 m3/t，可解吸量3.53 m3/t；11號煤層原始瓦斯含量5.74 m3/t，可解吸量4.12 m3/t;11下號煤層的瓦斯原始含量為6.12 m3/t，可解吸量4.50 m3/t。4層煤的實測瓦斯參數均遠遠大于原預估值。經計算，9+10號、10號、11號、11下號煤層受主副水倉動壓影響內的的煤量分別為1 448.9 t、769.27 t、947.36 t、612.99 t，瓦斯可釋放量共達15 000 m3。

綜上所述，考慮到瓦斯超限時伴有頂板響煤炮現象，且4個瓦斯探頭幾乎是同時報警，因此此次瓦斯超限是由于應力場發生改變引發煤炮，進而形成裂隙，煤層群中的瓦斯通過裂隙瞬間涌出所致。

2 頂板長條裂隙的形成原因分析

2.1 水倉所處地層松軟

主副水倉均位于非常松軟的泥巖、砂質泥巖和細砂巖中，且在掘進過程中要不斷地穿巖層、揭煤層，錨桿、錨索的錨固質量差，加大了巷道的支護難度。

2.2 水倉所處區域頂板淋水大

水倉所處區域位于煤層等高線的最低處，且其上覆K2灰巖含水量巨大，大量淋水通過錨桿和裂隙侵入頂板，灌入巷道，使頂板泥巖、砂質泥巖和細砂巖遇水軟化膨脹，降低了頂板的強度。目前，經過2周的疏放，頂板淋水已從8.2 m3/h降到了0.5 m3/h。

2.3 巷道布置不合理

主、副水倉之間的煤巖柱僅為9 m，且在兩水倉交叉點牛鼻子往下約10 m處，還布置有措施巷，進一步破壞了煤巖柱的穩定性，加劇了應力集中的程度。

2.4 頂板管理不到位

根據現場勘驗，2個在掘的水倉和已經溝通系統的水泵房，總長近150 m的巷道(包括交叉點和大斷面處)均未打設頂板離層儀，現場目測就有多處頂板下沉現象。

2.5 嚴重安全理念

1) 犧牲安全算工期帳。二水平已開掘三期工程，但是主排水系統尚未形成。因此，為搶工期，趕進度，主副水倉同時掘進，且幾乎齊頭并進，造成二者掘進過程中均受對方采動影響。

2) 犧牲安全算經濟賬。為節省投資，主、副水倉的支護均采用了錨網噴方式，未采用砌碹支護，而軟巖巷道的錨網噴支護難度大，效果差。(錨噴巷道掘進單價13 000元/m，砌碹巷道掘進單價18 000元/m)。

3 結 語

1) D煤礦二水平主副水倉掘進工作面“7·1”瓦斯超限的原因是：主副水倉齊頭并進式掘進，造成應力疊加，出現動壓現象，使兩條掘進巷道頂板瞬間形成大面積裂隙，頂板中的瓦斯通過裂隙瞬間釋放，最終形成瓦斯超限；頂板瓦斯釋放完畢以后，瓦斯濃度恢復正常。

2) D煤礦主副水倉交叉點處的無效巷道(臨時水倉)盡快進行了充填處理，并注漿加固；優化了主副水倉掘進工作面的施工順序，主水倉掘進完畢后才進行副水倉的掘進。采用上述兩個措施后，巷道動壓現象消失，巷道頂板裂隙沒有繼續擴延，瓦斯涌出量保持在可控范圍內，瓦斯濃度沒有超限。