1119下掘进工作面回风瓦斯异常涌出来源分析

2015-05-07杨建忠陈四祥

华北科技学院学报 2015年5期

杨建忠，陈四祥

(开滦(集团)有限责任公司林南仓矿业分公司，河北唐山 064106)

0 前言

林南仓矿业分公司1119下工作面巷道在掘进过程中，由于下覆采空区及断层影响，工作面回风巷瓦斯有时间规律的异常涌出，造成该工作面回风流瓦斯超限，严重影响了安全生产，致使该工作面不得不停产。为此，对1119下工作面异常涌出的瓦斯来源进行分析，采取增加风量等措施有效地解决了工作面回风流瓦斯超限的现象。

1 工作面概况

1119下工作面位于矿井一水平西一采区11煤层，东起1118下运道，西至F2正断层防水煤柱，北起仓补42号钻孔以南58.6 m，南至仓补1号钻孔以北156.6 m。北邻1119工作面采空区，下部为2121工作面采空区。该工作面倾斜长度为63.5 m，走向长度为850 m，工作面标高－407.5 m～－439.7 m。在1119下工作面上风巷掘进过程中，回风巷(后路)瓦斯异常涌出，特别是每天中午大气压力下降时，工作面回风瓦斯浓度最大时达到0.98%。

2 瓦斯来源分析

1119下上风巷掘进工作面在2015年1月21日前已经掘进491 m，该掘进工作面回风流呈现瓦斯升高是在2015年1月22日以后，到2月上旬最为明显，经现场勘查和比对图纸资料，分析认为该掘进工作面回风(后路)瓦斯由本煤层赋存瓦斯、下部12煤层采空区瓦斯以及断层瓦斯等几部分组成。采取措施之前的1119下上风回风瓦斯浓度最大值与时间之间关系表见表1。

表1 1119下上风回风瓦斯浓度最大值与时间之间关系表

从表1看出2月7日瓦斯涌出量最小，其中2月7日最高气温较其它几天低2～6摄氏度。

2.1 本煤层赋存瓦斯

巷道掘进在煤体中形成空间，巷道周围30 m范围内的煤岩体赋存的瓦斯会向巷道空间中不断的释放出来。

2.2 12煤层采空区瓦斯

1119下工作面东段360 m范围与其下部的12煤层2121采空区完全重合，2121采空区北侧紧邻为1129采空区。该区域11与12煤层的层间距钻孔数据为30.5 m。2121采空区于2014年9月份封闭，1119下掘进工作面于2014年11月份开始掘进;2121采空区封闭后，2121上、下闭均呈现负压，而紧邻1119下工作面北侧的1119采空区上、下闭均呈现正压，此现象说明2121区域处于相对正压区，1119下区域处于相对负压区。

2.2.1 12煤层开采时，垮落带高度Hm:

Hm——垮落带高度，m;

Σ M——累计采厚，m;(在此取3.6m，为2121采面实际采高);

±—— 中误差;

则:

2.2.2 12煤层开采时，裂隙带高度Hli:

11煤层与12煤层最小垂距大于12煤层垮落带高度Hm，裂隙带高度计算公式为:

Hli——裂隙带高度，m;

Σ M—— 累计采厚，m;(在此取3.6m，为2121采面实际采高);

±—— 中误差;

则裂隙带高度Hli:

2.2.3 12煤层瓦斯能够渗透到11煤层

12煤层开采时，裂隙带高度Hli远大于11煤层与12煤层的层间距，12煤层的采空区瓦斯能够经过裂隙带渗透到其上部的11煤层，12煤层回采后，其裂隙带成了瓦斯运移的通道。

2.3 断层影响

在巷道掘进期间经常会揭露断层，拉伸的正断层成为瓦斯运移的通道，而挤压的逆断层则往往是封闭储存的瓦斯容器，一旦揭露断层，断层瓦斯会释放到采掘空间中，断层附近也会是瓦斯异常涌出的区域。

2.3.1 本煤层断层影响

1119下上风276 m附近有连续三条断层，其中大断层两条，中等断层一条;1119下上风398 m有小断层一条;断层附近裂隙发育，煤层松散，瓦斯含量高，且能导通附近其他采空区瓦斯渗透到1119下上风巷道中。

2.3.2 下部12煤层断层影响

在2121工作面采掘工程平面图上，2121采空区西部有一条大逆断层，F2121－3断层，其落差14 m，1119下与2121区域两煤层的层间距才30.5 m左右，虽然在11煤层1119下上风掘进过程中没有发现F2121－3断层，但其波及范围已经接近11煤层，断层裂隙能够运移瓦斯，这与实际1119下上风工作面(迎头，已掘730 m)几乎没有瓦斯，而后路瓦斯浓度阶梯状升高的情况相吻合。2月13日上午便携式瓦斯检测仪实测1119下上风巷道中瓦斯浓度分布，见图1。

图1 1119下上风巷道中瓦斯浓度分布

而在1119下上风掘进工作面2月份掘进期间，即非12煤层采空区和断层影响的新鲜煤体中掘进期间，工作面(迎头)瓦斯传感器监测到的瓦斯浓度普遍在0.12%以下，便携式瓦斯检测仪检查数据经常为0.00%。

3 回风瓦斯异常涌出的原因分析

相对于原始区域的11煤层而言，12煤层开采以后，通过裂隙带渗透到11煤层附近的12煤层采空区瓦斯提高了11煤层及周边岩层的瓦斯含量;对于没有采掘活动的11煤层而言，其下部12煤层采空区及采空区上部的裂隙带相当于封闭的“瓦斯容器”，当11煤层掘进巷道后，瓦斯比空气轻的特性决定“瓦斯容器”中的瓦斯有了卸压运移的空间，自然要从“瓦斯容器”释放出来。

1119下工作面在空间特有的位置，决定了在1119下工作面上风掘进过程中，会发生回风巷(后路)瓦斯异常涌出，经叠加造成回风流瓦斯浓度超限的现象。

3.1 生产工艺

1119下工作面采取掘进机掘进工艺，正常的进度为每班7.2 m，最高的班进度达到10.8 m，快速的掘进工艺，工作面只显现破碎的煤体解析的瓦斯和工作面附近煤体赋存的游离瓦斯，所以掘进期间工作面瓦斯浓度较低，快速的掘进速度远大于瓦斯运移速度，工作面回风巷附近的各种瓦斯则逐渐汇聚显现。

3.2 大气压力变化的影响

地面大气压力发生变化时，会引起井下空气压力的变化，从而对井下瓦斯涌出量有明显影响，当大气压力下降时，矿井通风压力也随之下降，而瓦斯涌出的压力相对上升，破坏了原来的通风压力与瓦斯涌出压力的相对平衡状态。当大气压力上升时，瓦斯涌出量和风流瓦斯浓度会变小。从1119下工作面瓦斯涌出情况看，大气压力变化的影响较明显。2月11日实测1119下上风掘进工作面回风瓦斯浓度随气压变化见图2。

图2反映出从上午11时20分起1119下上风掘进工作面回风位置绝对压力开始下降，而瓦斯浓度则是逐渐增加，到14时40分达到最大值0.45%，一天当中，中午气温最高，气压最低，受温度变化影响1119下上风掘进工作面回风位置绝对压力变化达到540 Pa，与地面同日所测大气压变化相符，林南仓矿业分公司井下通风系统中主要风门前后的阻力不过350 Pa左右，因此1119下上风掘进工作面瓦斯变化受气压变化影响是明显的。

图2 1119下上风回风瓦斯浓度随气压变化关系图

4 1119下掘进工作面回风瓦斯治理方案

在原有风机供风的基础上，将1119下上风掘进工作面增加第二个风机供风，调整后实测1119下上风掘进工作面回风风量为8.48 m3/s，调整后1119下上风掘进工作面回风瓦斯浓度控制在0.40%以下，并呈下降趋势，该面绝对瓦斯涌出量较之前下降30%左右;应为1119下掘进工作面回风巷附近的各种瓦斯随时间推移，释放量逐渐减少的原因。