煤峪口礦高瓦斯盤區(qū)煤柱回收安全保障技術

吳殿文

（晉能控股集團白洞礦業(yè)公司山西大同037003）

關鍵字：煤柱回收;瓦斯;治理

1 引言

煤峪口礦是一個具有開采百年歷史的老礦，隨著開采資源的不斷枯竭，礦井開采地點逐漸向盤區(qū)煤柱、邊角煤方向發(fā)展。11-12#合并層412盤區(qū)于1999年10月正式回采，2010 年7 月整體封閉，封閉時，盤區(qū)留有煤柱未回采，煤炭量約48.9萬噸，為了減少資源浪費、延長礦井開采壽命，煤峪口礦計劃對11-12#合并層412盤區(qū)啟封，將剩余煤炭儲量采出，盤區(qū)煤柱傾向長20 m，平均煤厚7.6 m，上覆無采空區(qū)，開采方法為傾斜長臂式低位放頂煤采煤法。開采面臨如下技術難題：

（1）瓦斯隱患：煤峪口礦412盤區(qū)煤柱位于井田西部邊界，西鄰412盤區(qū)采空區(qū)，東部為81002采空區(qū)，南接礦界煤柱，北部為11-12#合并層410盤區(qū)巷道（已封閉）。2004 年煤峪口礦礦井瓦斯鑒定將412 盤區(qū)定為高瓦斯盤區(qū)，412 盤區(qū)絕對瓦斯涌出量為20.4 m3/min，相對瓦斯涌出量為12.6 m3/t，工作面回采期間最大絕對瓦斯涌出量高達8.4 m3/min。此外，412 盤區(qū)已整體封閉4年，通過對412盤區(qū)巷道外漏密閉內氣體取樣化驗分析：412 東軌閉內氣體化驗結果：CH4濃度6.63%，CO2濃度10.46%，O2濃度2.26%；412 西軌閉內氣體化驗結果：CH4濃度 7.52%，CO2濃度 9.47%，O2濃度1.91%。

（2）內因火災隱患：煤層具有自燃傾向性，傾向性質為容易自燃，自燃等級為Ⅰ類，最短自然發(fā)火期32天，煤的自燃點為320～360°。隨著煤柱的回采，及412 采空區(qū)大面積跨落，與地面形成極為復雜的漏風系統(tǒng)。

開采412盤區(qū)煤柱存在著兩大“一通三防”重大安全隱患：一是開采過程中，本煤層和采空區(qū)高濃度甲烷將會涌向采煤工作面，必然導致瓦斯超限事故發(fā)生，如管理不到位更有可能導致瓦斯爆炸事故。嚴重影響礦井安全生產；二是在回采過程中，由于采空區(qū)遺煤再燃條件十分充分，采空區(qū)極易出現(xiàn)遺煤自燃，可能導致采空區(qū)內因火災事故，甚至衍生其它災害。因此，對煤峪口礦412盤區(qū)煤柱開采期間“一通三防”隱患防治技術進行研究具有較高的實用性和參考價值。

2 隱患分析及治理方案

2.1 安全隱患分析

（1）412盤區(qū)煤柱回采期間瓦斯隱患分析

11#-12#合并層412盤區(qū)煤柱開采期間瓦斯來源主要有兩方面；一是本煤層煤體及采空區(qū)的瓦斯涌出，二是與老采空區(qū)連通后的大量高濃度甲烷涌出。為很好地解決兩種不同形式的瓦斯涌出帶來的重大安全隱患，必須對瓦斯治理技術研究、分析，確保瓦斯隱患得到消除、根治。

（2）412盤區(qū)煤柱回采期間內因火災隱患分析

在瓦斯抽放過程中，采空區(qū)內的瓦斯氣體被抽出后，導致采空區(qū)內形成“負壓區(qū)”，造成大量的漏風。本工作面采空區(qū)與老采空區(qū)以及地面塌通后形成的疊加采空區(qū)，上覆采空區(qū)遺煤發(fā)生二次氧化，及本層采空區(qū)氧化，造成內因火災的隱患更加嚴重，因此，必須采取措施對火災隱患進行治理。

2.2 治理方案

（1）瓦斯隱患治理方案

在瓦斯防治方面，采用“外錯巷道采空區(qū)瓦斯抽放”技術，利用外錯巷道有利條件（在412 盤區(qū)煤柱與老采空區(qū)之間布置）如圖1，通過改變開采過程中采場氣體流動方向，既能將老采空區(qū)的瓦斯抽出，又能將本煤層采空區(qū)產生的瓦斯吸走，起著“一箭雙雕”的作用。

圖1 外錯巷道瓦斯抽放示意圖

（2）內因火災隱患防治方案

對于412盤區(qū)煤柱的內因火災隱患情況，采用“復合”采空區(qū)“埋管式”注氮法，如圖2。由于瓦斯抽放與工作面通風所帶來的本工作面與相鄰采空區(qū)漏風現(xiàn)象，造成疊加采空區(qū)內因火災隱患。通過采取本層以及相鄰采空區(qū)的注氮，有效解決了內因火災隱患。

圖2 復合采空區(qū)“埋管式”注氮示意圖

3 應用情況

在412 煤柱開采過程中，利用外錯巷道采空區(qū)瓦斯抽放技術，有效地解決了開采期間嚴重瓦斯隱患，回采期間上隅角甲烷濃度在0.3%以下，工作面甲烷濃度在0.1%以下，瓦斯抽放管路中甲烷濃度在3%左右；采空區(qū)采用連續(xù)性“埋管式”注氮，回采期間上隅角與回風流未出現(xiàn)CO氣體。最終將412盤區(qū)煤柱成功采出。

4 效果及結論

通過對高瓦斯盤區(qū)煤柱回收期間安全保障技術的研究應用。即外錯巷道采空區(qū)瓦斯抽放法配合“復合”采空區(qū)埋管式注氮，有效地杜絕了瓦斯及內因火災事故，保障了井下工作人員的安全，避免了工作面設備的損失，為礦井安全生產起到了重大作用。同時開采11#-12＃層412盤區(qū)煤柱煤炭36萬噸，創(chuàng)造的經濟效益約為450萬元，既減少了資源浪費、又延長了礦井開采壽命。

相比傳統(tǒng)的瓦斯及火災治理方法，本文中提出的“外錯巷道采空區(qū)瓦斯抽放”技術以及“復合”采空區(qū)“埋管式”注氮法對于高瓦斯煤炭開采具有更好的瓦斯及火災治理效果，為我國的高瓦斯煤礦開采提供了一定的理論研究基礎并具有推廣應用價值。