高瓦斯礦井反風(fēng)礦井絕對(duì)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(fēng)后礦井風(fēng)量下降，風(fēng)排絕對(duì)瓦斯涌出量上升，成為反風(fēng)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(fēng)狀態(tài)改變和抽采瓦斯效果不好造成。

關(guān)鍵詞：礦井反風(fēng)；絕對(duì)瓦斯涌出量；變化；特點(diǎn)

犍為縣兩河口煤礦設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力210Kt/a，礦井服務(wù)年限為33.5a，經(jīng)過(guò)約四個(gè)月的試生產(chǎn)，于2015年12月31日開(kāi)展了反風(fēng)試驗(yàn)演習(xí)。反風(fēng)后礦井和回采工作面的風(fēng)量均下降，但風(fēng)排絕對(duì)瓦斯涌出量均呈上升趨勢(shì)，成為高瓦斯礦井反風(fēng)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(fēng)出現(xiàn)短路風(fēng)、負(fù)壓通風(fēng)變?yōu)檎龎和L(fēng)、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(jiǎn)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(jiàn)表1。

1.3 礦井開(kāi)拓布置

礦井采用斜井開(kāi)拓。全礦劃分為1個(gè)水平，即+160m水平；+160m水平運(yùn)輸大巷布置在K10s煤層底板；+175m回風(fēng)大巷布置在K10d煤層中；全礦劃分為 14個(gè)帶區(qū)，5個(gè)上山帶區(qū)、9個(gè)下山帶區(qū)。采用傾斜長(zhǎng)壁采煤法開(kāi)采。

1.4 礦井通風(fēng)

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

采煤工作面采用“W”型通風(fēng)，掘進(jìn)工作面采用局部通風(fēng)機(jī)壓入式通風(fēng)。

1.5 礦井瓦斯情況

礦井為高瓦斯礦井。通過(guò)近4個(gè)月的試生產(chǎn)，計(jì)算礦井絕對(duì)瓦斯涌出量（含風(fēng)排瓦斯量和抽采瓦斯量）大于20m3/min，相對(duì)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(dòng) 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(fēng)試驗(yàn)

2.1 礦井反風(fēng)系統(tǒng)

礦井反風(fēng)系統(tǒng)如圖1。

2.2 礦井反風(fēng)后風(fēng)量和瓦斯變化

礦井反風(fēng)前后風(fēng)量和瓦斯?jié)舛茸兓绫?。

由表2 知，礦井反風(fēng)前后，礦井風(fēng)量從4552m3/min，降為3450m3/min（反風(fēng)后回風(fēng)風(fēng)量），反風(fēng)后風(fēng)量降低24.2%，反風(fēng)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(fēng)后，絕對(duì)瓦斯涌出量為4.688+6.384=11.064m3/min，大于反風(fēng)前的9.104m3/min，上升21.53%。即反風(fēng)后礦井絕對(duì)瓦斯涌出量上升。

根據(jù)1982年、1984至1985年春的兩次全國(guó)性反風(fēng)演習(xí)實(shí)驗(yàn)，礦井反風(fēng)時(shí)，瓦斯涌出量一般都比反風(fēng)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(fēng)時(shí)礦井絕對(duì)瓦斯涌出量下降20%以上，有9.46%的礦井反風(fēng)后瓦斯下降80%以上。就是說(shuō)高瓦斯礦井反風(fēng)后100%的礦井是絕對(duì)瓦斯涌出量降低20%以上。

兩河口煤礦反風(fēng)的結(jié)果與80年代全國(guó)幾百個(gè)煤礦反風(fēng)試驗(yàn)結(jié)果相反，即反風(fēng)量下降，反風(fēng)后礦井風(fēng)排絕對(duì)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(fēng)后風(fēng)量下降、絕對(duì)瓦斯涌出量上升。

2.3 210D1區(qū)反風(fēng)后風(fēng)量和瓦斯涌出量變化

210D1區(qū)反風(fēng)后風(fēng)量和瓦斯涌出量變化如表4。

由表4知，反風(fēng)前210D1區(qū)回風(fēng)量1004m3/min，絕對(duì)瓦斯涌出量4.327m3/min；反風(fēng)后風(fēng)量?jī)H475m3/min，反風(fēng)后絕對(duì)瓦斯涌出量5.415m3/min。即反風(fēng)后風(fēng)量下降52.68%；而絕對(duì)瓦斯涌出量則比反風(fēng)前上升25.14%。

2.4 410D1區(qū)反風(fēng)后風(fēng)量和瓦斯涌出量變化

410D1區(qū)反風(fēng)測(cè)定數(shù)據(jù)如表5。

由表5知，反風(fēng)前410D1區(qū)回風(fēng)量818m3/min，絕對(duì)瓦斯涌出量3.763m3/min；反風(fēng)后風(fēng)量?jī)H405m3/min，反風(fēng)后絕對(duì)瓦斯涌出量4.293m3/min。即反風(fēng)后風(fēng)量下降50.44%，而絕對(duì)瓦斯涌出量則比反風(fēng)前上升14.03%。

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

2.5 反風(fēng)后絕對(duì)瓦斯涌出量上升原因

2.5.1 工作面風(fēng)量發(fā)生變化

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

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

2.5.2 工作面采空區(qū)風(fēng)流流動(dòng)

210D1工作面反風(fēng)前回風(fēng)隅角有兩處，分別在東西回風(fēng)的入口，反風(fēng)后只有一處（原來(lái)的運(yùn)輸巷新風(fēng)出口）。如果采空區(qū)瓦斯涌出量反風(fēng)前后相等，瓦斯一定會(huì)在反風(fēng)后一個(gè)回風(fēng)隅角處積聚更嚴(yán)重。所以反風(fēng)后實(shí)測(cè)，210D1運(yùn)輸巷（反風(fēng)后回風(fēng)巷）尾、距回風(fēng)巷口5m的密閉附近，瓦斯?jié)舛冗_(dá)到3.60%（410D1工作面如圖3，對(duì)應(yīng)點(diǎn)瓦斯2.26%）。不但如此，由于采空區(qū)含瓦斯的風(fēng)流在回風(fēng)隅角發(fā)生變化，布置在東西風(fēng)巷（即原來(lái)兩個(gè)回風(fēng)隅角處）的抽采瓦斯的頂?shù)装邈@孔，雖然各有約20和12個(gè)孔在抽，因?yàn)檫@些鉆孔已經(jīng)不處于卸壓瓦斯，在微弱漏風(fēng)驅(qū)動(dòng)下的高濃度瓦斯區(qū)（回風(fēng)隅角附近），而是在新鮮風(fēng)流附近（即新風(fēng)剛進(jìn)入采空區(qū)處）的低濃度瓦斯區(qū)。另外，西風(fēng)巷反風(fēng)前的埋管抽采瓦斯系統(tǒng)，吸入瓦斯點(diǎn)也同樣因?yàn)榉达L(fēng)而處在新鮮風(fēng)流入口的低濃度瓦斯區(qū)。結(jié)果，頂板孔、底板孔、埋管（西風(fēng)巷隅角處）等三種抽采瓦斯的措施，在反風(fēng)后沒(méi)有起到抽采瓦斯的效果。所以，雖然反風(fēng)后工作面的風(fēng)量下降了，而風(fēng)排瓦斯卻增加了。

2.5.3 煤層K 先開(kāi)采后，底板10m以內(nèi)的K K 煤層（含煤線），隨著工作面推過(guò)，卸壓瓦斯很快涌入開(kāi)采工作面。距開(kāi)采層底板約16m，還有K9煤層及煤線和炭質(zhì)頁(yè)巖，隨工作面推過(guò)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(guò)245m（410D1工作面為66m），上述卸壓瓦斯除風(fēng)排、抽采以外，剩下的都遺留在面積不大的采空區(qū)。反風(fēng)前風(fēng)排瓦斯、抽采瓦斯、遺留瓦斯，在抽出式通風(fēng)的條件下處于平衡狀態(tài)。反風(fēng)后，原有平衡打破，且通風(fēng)由抽出式變?yōu)閴喝胧?，即由?fù)壓通風(fēng)變?yōu)檎龎和L(fēng)，采空區(qū)絕對(duì)壓力升高，有一驅(qū)趕采空區(qū)瓦斯向已有老塘區(qū)流動(dòng)的趨勢(shì)。因?yàn)榈V井剛投入生產(chǎn)，沒(méi)有臨近的老塘吸納采空區(qū)瓦斯，即便是反風(fēng)后風(fēng)量下降，絕對(duì)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(fēng)風(fēng)排瓦斯主要是來(lái)自鄰近層的卸壓瓦斯，由于礦井剛投產(chǎn)不久，沒(méi)有大面積的老塘，抽采瓦斯效果又不好，再加上負(fù)壓通風(fēng)變?yōu)檎龎和L(fēng)、參新風(fēng)變?yōu)槎搪凤L(fēng)量，反風(fēng)量減少，反風(fēng)風(fēng)排瓦斯增加。至于高瓦斯礦井個(gè)別回采工作面反風(fēng)后瓦斯量上升，過(guò)去的反風(fēng)試驗(yàn)也有類似現(xiàn)象[3]，但本試驗(yàn)礦井，不同的是，反風(fēng)試驗(yàn)的全部回采工作面，都是反風(fēng)后風(fēng)量減少、瓦斯涌出量增加。

2.6 礦井反風(fēng)演習(xí)時(shí)實(shí)現(xiàn)瓦斯不超限

首先，關(guān)于反風(fēng)試驗(yàn)時(shí)風(fēng)流中瓦斯?jié)舛鹊南拗祮?wèn)題。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(dāng)遵守下列規(guī)定：（1）控制煙霧的蔓延，防止火災(zāi)擴(kuò)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(cè)災(zāi)區(qū)的氣體和風(fēng)流變化。當(dāng)甲烷濃度達(dá)到2.0%以上并繼續(xù)增加時(shí)，全部人員立即撤離至安全地點(diǎn)并向指揮部報(bào)告[5]。既然反風(fēng)是災(zāi)害后的通風(fēng)，所以回風(fēng)中的瓦斯?jié)舛龋?.0%為超限指標(biāo)不應(yīng)該有爭(zhēng)議。但是，實(shí)際反風(fēng)試驗(yàn)時(shí)，有關(guān)人員仍然用瓦斯?jié)舛?.0%作為是否超限的指標(biāo)，是不妥的。

其次，兩河口煤礦反風(fēng)試驗(yàn)時(shí)，工作面回風(fēng)的瓦斯?jié)舛冗_(dá)到1.14%，沒(méi)有超過(guò)2.0%，不應(yīng)該屬于反風(fēng)試驗(yàn)時(shí)的瓦斯超限。在密閉附近測(cè)得的瓦斯?jié)舛?.60%，不是風(fēng)流中的瓦斯?jié)舛戎怠?/p>

再次，類似于本試驗(yàn)礦井條件，如果需要降低反風(fēng)的風(fēng)排瓦斯?jié)舛?，反風(fēng)時(shí)將參新風(fēng)巷的風(fēng)窗面積降低，使東（西）+130排水巷的風(fēng)量減少、瓦斯?jié)舛壬仙ó?dāng)然不能超限），增加工作面反風(fēng)后的回風(fēng)量。

最后，臨時(shí)將埋管抽采瓦斯的方式移至新的回風(fēng)隅角處（反風(fēng)前運(yùn)輸巷的出風(fēng)口）附近，或者在隅角處適當(dāng)增加抽采瓦斯鉆孔，提升反風(fēng)時(shí)抽采瓦斯的效果。

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

3 結(jié)論與建議

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

（2）反風(fēng)試驗(yàn)時(shí)，回風(fēng)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(yàn)礦井下次反風(fēng)時(shí)，盡可能多地測(cè)定相關(guān)數(shù)據(jù)（比如反風(fēng)試驗(yàn)時(shí)埋管抽采瓦斯參數(shù)等），為災(zāi)變通風(fēng)提供更多實(shí)測(cè)參數(shù)的支撐。

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[3]郄兵印.高瓦斯礦井反風(fēng)中瓦斯涌出規(guī)律淺析[J].煤礦安全，

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

[5]國(guó)家安全監(jiān)管總局，國(guó)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(jiǎn)介：劉益文（1964，1-），男，高級(jí)工程師，注冊(cè)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。