某礦4303工作面采空區(qū)有害氣體遺漏檢測

王 云

(大同煤礦集團有限責(zé)任公司礦山救護大隊)

1 工程概況

某礦四采區(qū)地表位于工業(yè)廣場以北，井下東起F8斷層與二采區(qū)相鄰，西至八里鋪東斷層與六采區(qū)相接，北部為十四采區(qū)，南靠井底車場。采區(qū)東西寬1～1.2 km，南北長1.6～1.8 km，面積約2.05 km2。3下煤層全區(qū)發(fā)育，3下煤層在采區(qū)西北部沖刷無煤，無煤區(qū)東西寬0～0.9 km，南北長0～1.1 km，近似三角形，面積約0.66 km2。43上03工作面位于四采區(qū)西部，3上輔助運輸巷北側(cè)，西臨八里鋪東斷層，東臨43下02工作面(未采)，南至設(shè)計停采線，北至預(yù)測沖刷邊界。下部為已回采的43下03綜放工作面采空區(qū)。

43上03與43下03煤層間距32.33～41.79 m，平均36.03 m，43下03工作面為綜放回采，平均煤厚6.45 m，按80%回采率計算，4303綜放工作面的實際采出煤厚5.16 m。根據(jù)監(jiān)測資料，該礦最大冒落帶高度約為采高的5倍，裂隙帶高度約為采高的13倍，4303綜放面的冒落高度約25.8 m，裂隙帶約67 m，因此，43上03工作面位于4303采空區(qū)上部的裂隙帶中部。

43上03工作面埋深平均為533 m，走向長980 m，傾斜長74 m，煤厚平均2 m，煤層傾角3°～5°，煤層頂板直接頂為2.8 m厚泥巖及粉砂巖，老頂為8.5 m厚粉砂巖及粉細(xì)砂巖互層，無偽頂，直接底為0.51～3.0 m厚泥巖，老底為1.44～4.07 m厚粉砂巖。瓦斯含量低級，但根據(jù)4303、4302綜放工作面回采時的情況，該區(qū)域為瓦斯涌出異常區(qū)域，瓦斯含量相對較高，回采對工作面回風(fēng)隅角CH4含量最高達8%以上，回風(fēng)巷達0.3%。煤塵爆炸指數(shù)為41.15，煤有自燃傾向性，發(fā)火期為3～6個月。

由于43上03工作面下部為已回采的43下03綜放工作面采空區(qū)，3上與3下煤層間距32.33～41.79 m，平均36.03 m，該礦最大冒落帶高度約為采高的5倍，裂隙帶高度約為采高的13倍，4303綜放面冒落高度約25.8 m，裂隙帶高度約67 m。因此，43上03工作面位于4303采空區(qū)上部的裂隙帶中部。3上煤層有眾多的裂隙與3下采空區(qū)溝通，并且位于瓦斯含量相對較高的采空區(qū)上部，因而采空區(qū)頂部的高濃度瓦斯在風(fēng)壓分配不合理的情況下，極有可能短期內(nèi)從底板大量涌出。為掌握該礦不同時期的漏風(fēng)情況，本研究對43上03工作面和43下03采空區(qū)進行3次漏風(fēng)測試[1-2]。

2 切眼貫通前漏風(fēng)測試

本研究采用基點法進行壓能測試，井底車場為基點。2016年1月14日上午9時進行壓能測試，共耗時3 h，測試結(jié)果見表1。

表1 四采區(qū)壓能分布測試結(jié)果 Pa

由表1可知：壓能最高點為43下03膠順，由于輔順1#、2#孔均進氣，礦選取l#孔為釋放點，同時在輔順l#孔、2#孔及3個密閉(4302膠順密閉、4303輔順以及4302尾巷)取氣，共取氣6 h。根據(jù)實測數(shù)據(jù)，經(jīng)過整理計算，得到各測點六氟化硫(SF6)濃度隨時間變化的曲線，如圖1所示。

圖1 SF6濃度隨時間的變化特征

由圖1可知：43上03輔順1#孔、2#孔以及43下02輔順SF6氣體濃度達到最高值，據(jù)此計算的漏風(fēng)風(fēng)速為輔順1#點為0，輔順2#點為2.67 m/min，43下02輔順為4.96 m/min。

43上03輔順l#孔為釋放點，開始的一段時間內(nèi)沒有SF6出現(xiàn)，但在一段時間后出現(xiàn)SF6，在下午2:30以后濃度逐漸降低,最后為0，說明43上03輔順l#孔受大氣壓影響較大，隨大氣壓的變化，氣體時進時出，43上03輔順2#孔與1#孔相似。

3 切眼貫通后釋放SF6漏風(fēng)檢測

2016年3月17日9:30開始釋放SF6氣體，釋放1 kg氣體，釋放時間為15 min。釋放點為43上03輔順l#孔。取樣點共7個，分別為4302輔順密閉、4302膠順密閉、4302膠順尾巷密閉、43上03輔順2#點、43上03輔順3#點、43上03膠順l#點、43上03膠順2#點。9:35開始取樣，至11:00每隔5 min取1次，11:00～13:30每隔10 min取1次。各測點SF6濃度隨時間變化的曲線如圖2、圖3所示。

由圖2、圖3可知：SF6含量較高的時間段出現(xiàn)在13:30～15:00，大氣壓對采空區(qū)氣體涌出有一定的影響，與采空區(qū)瓦斯的涌出規(guī)律一致。本研究計算出4302輔順密閉、4302膠順密閉、4302膠順尾巷密閉、43上03輔順2#點、43上03輔順3#點、43上03膠順l#點、43上03膠順2#點的漏風(fēng)風(fēng)速分別為11.15，6.5，25.03，4.33，18.4，3.51，5.84 m/min?？梢姡?302尾巷密閉處漏風(fēng)風(fēng)速最大，可達到25 m/min左右，輔順2#處漏風(fēng)風(fēng)速最小，最小達到4.33 m/min。

綜合分析可知：4302膠順密閉和4302輔順密閉處漏風(fēng)均較為通暢，其他測點如輔順2#孔處漏風(fēng)速度相對較低，氣體流動均以擴散為主。因此，43下03采空區(qū)的漏風(fēng)通道以4302膠順密閉和4302輔順密閉為主，在預(yù)防3下采空區(qū)遺煤自燃時，應(yīng)注重主要漏風(fēng)通道的堵漏工作。

4 回采期間釋放SF6漏風(fēng)檢測

43上03工作面于2016年4月26日開始回采，由于工作面寬度較小(74 m)，煤厚約2 m，采用綜采方式，回采速度較快，平均每天推進10 m左右，2016年5月14日下午3時工作面回風(fēng)隅角瓦斯超限(濃度為1.3%)，至下午5時瓦斯?jié)舛冗_到2.1%，當(dāng)時工作面風(fēng)量為800 m3/min，工作面距切眼51 m。分析原因主要是：隨著工作面推進，3上采空區(qū)面積增大，與3下采空區(qū)的接觸面積增大，又由于存在破碎帶，當(dāng)大氣壓力降低時，采空區(qū)壓力高于外界壓力，瓦斯通過底板向上涌出[3-5]。出現(xiàn)該現(xiàn)象后，加大風(fēng)量至1 000 m3/min，在進風(fēng)隅角打沙袋墻，掛風(fēng)簾，在回風(fēng)隅角增加1臺風(fēng)機，向回風(fēng)隅角內(nèi)吹風(fēng)，降低瓦斯?jié)舛?。同時進行調(diào)壓，將4302膠順和4302輔順密閉前的風(fēng)門全部打開，降低3下采空區(qū)密閉前的壓力，使采空區(qū)瓦斯流向發(fā)生改變。5月14日19時，回風(fēng)隅角瓦斯?jié)舛冉抵?.35%，22時左右對密閉前瓦斯?jié)舛冗M行檢測，瓦斯?jié)舛壬?，超過便攜式瓦檢儀的量程，說明采空區(qū)瓦斯流向發(fā)生了改變。在對四采區(qū)進行調(diào)壓以后，為掌握43上03工作面和3下采空區(qū)的漏風(fēng)情況，本研究進行了四采區(qū)壓能測試和SF6漏風(fēng)測試。為確定SF6的釋放地點，在2016年5月20日對四采區(qū)進行了壓能測試，分別對2個調(diào)壓地點(4302膠順密閉前、4302輔順密閉)、43上03膠順和輔順距停采線200 m的鉆孔進行壓能測定，結(jié)果見圖4、圖5。

圖2 SF6濃度隨時間的變化特征

圖3 43上03輔順2#孔內(nèi)外壓力

圖4 43上03膠順2#孔內(nèi)外壓力

調(diào)壓前鉆孔內(nèi)壓力在大氣壓較低時會高于鉆孔外壓力，3下采空區(qū)氣體經(jīng)鉆孔向外涌出。調(diào)壓以后，由圖4、圖5可知：鉆孔內(nèi)的壓力低于鉆孔外壓力，說明3上氣體壓力大于3下采空區(qū)內(nèi)部壓力，調(diào)壓改變了3上與3下的氣壓分布。

由圖6、圖7可知：4302膠順密閉和輔順順密閉在調(diào)壓以后壓力降低明顯，主要是由于密閉前的風(fēng)門打開，直接與回風(fēng)大巷相通，密閉前壓力降低，成為了漏風(fēng)通道。

圖5 4302膠順密閉調(diào)壓前后氣壓變化情況

圖6 4302輔順順密閉調(diào)壓前后壓力變化

本研究SF6釋放地點為43上03進風(fēng)隅角，此時工作面距切眼140 m，風(fēng)量803 m3/min。采樣地點為43上03膠順4個束管、4302膠順密閉和4302輔順密閉。釋放時間為2016年5月22日13時，在釋放SF6后開始取氣，前1 h每隔5 min取1次氣樣，而后每隔10 min取1次氣樣，取樣時間共耗時3 h(13:00～16:00)，觀測3 h內(nèi)密閉和束管漏風(fēng)情況。根據(jù)實測數(shù)據(jù)，經(jīng)過整理計算，得到各測點SF6濃度隨時間的變化曲線如圖8所示。由圖8可知：各測點SF6變化近似為正態(tài)分布曲線，本研究算的1#～4#束管、4302膠順密閉、4302輔順密閉的漏風(fēng)風(fēng)速分別為2.68，2.49，2.44，1.71，9.65，10.41 m/min?？梢姡?302輔順密閉處漏風(fēng)風(fēng)速最大，43上03采空區(qū)漏風(fēng)較小。綜合分析可知：主要漏風(fēng)通道為4302膠順密閉和4302輔順密閉。

圖7 4302輔順密閉檢測SF6氣體濃度變化

圖8 SF6濃度隨時間的變化特征

5 結(jié) 語

對某礦43上03工作面切眼貫通前后及回采過程中共進行了3次漏風(fēng)檢測，確定了主要漏風(fēng)通道，對于進一步采取措施解決漏風(fēng)問題有一定的參考價值。