内错尾巷在五矿综放工作面瓦斯治理中的试验与应用

               五矿  王冬平、王晋生、康添惠、韩瑞平

摘要  贵石沟矿井主采15#煤层，属高瓦斯矿井，近年来，随着工作面单产的增加，工作面瓦斯涌出呈现上升趋势，同时，由于上部煤层均未开采，受采动影响，上邻近层瓦斯经走向高抽巷抽放后部分残留瓦斯涌向采场，造成工作面瓦斯超限现象严重，为缓减工作面瓦斯超限问题，我矿进行工作面布置内错尾巷瓦斯治理试验。

关健词       内错尾巷    瓦斯治理试验  

 中图分类号TD712.6

1、矿井基本概况：

阳煤集团五矿贵石沟井是全国特大型矿井之一，隶属于阳泉煤业（集团）有限责任公司，位于阳泉市以南平定县境内，全井田总面积约67.9平方公里，于1991年12月建成投产，设计能力400万吨/年。

本区地层总的走向为北西～北北西向，倾向南西，倾角一般5°～10°左右。本井田含煤地层为下二迭统山西组及上石炭统太原组，含煤15层，井田内可采煤层均为无烟煤，煤层总厚度15米左右，含煤系数为8.4%。主要可采煤层有8#、15#二层，局部可采煤层有3#上、8#、9#上、9#下、12#五层。

该矿井开拓方式为主斜井、副立井混合开拓方式，开采技术条件简单。综采工作面均采用走向长壁后退式综合机械化放顶煤一次采全高采煤法、全部垮落法管理顶板。

贵石沟井采用六进三回混合抽出式通风，矿井总风量为21989 m³/min ，2005年矿井绝对瓦斯涌出量为363.7 m³/min，单个回采工作面的绝对瓦斯涌出量高达154.9m³/min，瓦斯已成为影响该矿安全生产的重要因素之一。

2、矿井瓦斯赋存及涌出规律

现五矿贵石沟井主采煤层为15#煤，煤层平均厚度为6.8m，据五矿煤层地质储气量报告显示，阳煤五矿各煤层赋存稳定，褶曲宽缓连续，煤层倾角多在15度以下，围岩较致密坚硬；断层稀少，煤层露头少，盖山厚度多在200m以上，且地表黄土层厚；煤体孔隙率低，变质程度高，主要为无烟煤和贫煤；煤层透气性低，15#煤层测定仅为0.036mD；煤层瓦斯压力为0.05~0.2MPa，这些条件都利于甲烷赋存，同时，根据生产实践及理论研究表明，15#

煤层开采时，瓦斯主要来源于开采煤层、邻近层和围岩三部分，其中上邻近层瓦斯涌出占90%，下邻近层瓦斯涌出占2%，本煤层仅占8%，同时由于贵石沟井煤层较为松软且含一定量的硫，故在煤层开采过程中，煤层自燃也是煤矿安全开采的又一因素。近年来，随着产量的逐年上升，在工作面瓦斯治理上虽然采用了顶板走向高抽巷配合后高抽进行处理上邻近层瓦斯，（根据走向高抽巷抽放瓦斯量统计，回采工作面走向高抽巷瓦斯抽出率为96%）但回采过程中工作面后溜、上隅角瓦斯浓度仍处于临界状态，影响了工作面的安全生产，为解决这一问题，五矿在采煤工作面通风方式上进行 “U”型通风和“U+L”通风试验，但由于工作面瓦斯涌出量大及自燃发火原因，效果均不理想，在此研究的基础上进行“U+I” 通风方式的尝试以解决工作面初采期和回采期间瓦斯问题。

3、内错尾巷试验工作面概况及瓦斯治理效果

3．1 工作面概况：

8125工作面位于贵石沟井西北翼采区，该工作面走向长为830m，倾向长160m，工作面进风巷、回风巷沿15号煤底板布置，其断面12m²，内尾巷沿15号煤层顶板布置，其断面为9m²，距回风顺槽水平距离为30m。

8125综放工作面采用一次采全高的综放工艺，配备AM—500型双滚筒采煤一台双向割煤，往返一次进两刀，采高控制在2.5米左右。工作面支架型号为： FDC440—1.75/2.6放顶煤支架，工作面采用两部工作溜运煤，前部工作溜型号为SGE—764/320，后部工作溜型号为SGB—630/220。

8125工作面于2005年5月12日开采， 2006年4月13日采完，平均月推进度为66m。

该工作面采用U+I型通风系统，正常开采时工作面风量分布情况：工作面进风866m³/min，回风623m³/min，内错尾巷255m³/min，配合走向高抽巷抽放上邻近层瓦斯。

3．2 内错尾巷治理瓦斯效果

3．2．1  工作面初采期瓦斯的涌出情况

8125工作面初采20m范围内时，工作面进风平均风量839m³/min，回风平均风量564m³/min，内错尾巷平均风量279m³/min，工作面绝对瓦斯涌出量3.62m³/min，回风排瓦斯量为2.13 m³/min，内尾排放瓦斯量为1.49 m³/min，内尾排放瓦斯量占风排瓦斯量的41.16%。由于内错尾巷贯穿于整个工作面，故在工作面推进20m范围时，工作面回风基本不存在瓦斯超限现象，同时初采期瓦斯涌出情况统计可知：本煤层瓦斯涌出量为2.07m³/t。

8125工作面初采期间20米范围内瓦斯斯浓度变化一览表

3．2．2 工作面正常开采时瓦斯涌出情况

工作面正常开采期间工作面进风810--1148 m³/min，平均风量为956 m³/min ，回风风量603--731m³/min，平均风量为653 m³/min，尾巷风量为112--425 m³/min，平均风量为313m³/min，在正常生产期间，8125综放面平均瓦斯涌出为116.04m³/min，其中回风排放瓦斯量为2.85 m³/min，尾巷排放瓦斯量为4.12 m³/min占风排瓦斯量的59.11%，显然内错尾巷在综放面的瓦斯治理中起到了一定的作用。

3．2．3 内错尾巷在工作面塌透时瓦斯分布情况及治理效果：

由于五矿煤层属松软煤层，且受煤层赋存条件影响，在工作面推进82米时，工作面切巷与内错尾巷多次出现塌透，导致内错尾巷排放瓦斯口负压降低，工作面后溜瓦斯超限。在此期间，工作面风量及瓦斯分布，工作面进风835m³/min，回风465m³/min，内错尾巷384m³/min，工作面绝对瓦斯涌出量128.91m³/min，其中抽放瓦斯量为125.13m³/min，风排瓦斯量4.78m³/min，回风风排瓦斯量为3.39m³/min，内错尾巷排放瓦斯量1.39m³/min占风排瓦斯量的29.07%。根据在此期间瓦斯情况统计：工作面切巷与内错尾巷共塌透23次，工作面断电75次，累计时间为1408min，其中一个生产原班断电次数高达11次，回风上隅角和后部溜电机附近的瓦斯浓度高达3%。

为解决回风上隅角和后部溜电机附近瓦斯超限问题，8125工作面开采期间采取如下安全措施：

（1）在回采过程中，内错尾巷前后10米范围内严格控制采高，采高不得超出采煤机最低采高的10%，由采煤队、安监处、地质测量部及生产技术部督促检查。

（2）内错尾巷一旦与工作面塌透，工作面立即停产，由通风人员负责生产队组配合对内错尾巷透口进行封堵。封堵后经检查各处瓦斯均不超限时方可复产。复产后采煤队在内错尾巷前后各5m范围内提前伸前探梁至煤帮并在此范围内不得放顶煤，待稳定后征得生产技术部同意、通风队现场验收同意后，方可恢复生产。

（3）通风队回采专职瓦检工要在内错尾巷位置的切巷顶部设点进行检查，每班检查次数不少于3次，塌透后，每班检查不少于6次，并将检查情况及时汇报通风调度。

（4）8125内错尾巷600m进行铺双层金属网并每隔20m打一根中柱，以减少工作面塌透次数。

（5）在8125工作面联巷安设一台28kw局扇，将直径600mm风筒供至内错尾巷，以增加内错尾巷的风量，缓减内错尾巷瓦斯超限问题。

通过这一举措，8125工作面开采期间内错尾巷起到了明显的效果。在此阶段瓦斯处理情况：工作面进风826m³/min，回风603m³/min，内错尾巷425m³/min（含外送风量），工作面绝对瓦斯涌出量126.52m³/min，其中抽放瓦斯量为120.33m³/min，风排瓦斯量为7.16m³/min，其中回风风排瓦斯量为2.41m³/min，内错尾巷排放瓦斯量4.75m³/min占风排瓦斯量的66.34%。同时回风风上隅角和后部溜电机附近的瓦斯浓度降至1.5%以下，内错尾巷的瓦斯控控制在1.2~2.5%之间。但随着工作面的推进，内错尾巷的不断维护，在工作面推进至197米后，内错尾巷的瓦斯稳定在0.9---2%，内尾外送风机随之取消。

3．2．4 8125工作面正常开采过程内错尾巷与回风负压分布情况

在8125工作面推进80m与590m时，根据8125内错尾巷正常运行期间，我们对8125工作面负压分布情况进行了观测

由上表可见：为确保8125内错尾巷的正常运行，需要对回风及内尾负压进行适当调整，根据数据观测，回风与内尾压差保证90~100pa时，内错尾巷运行效果良好。

3．3工作面通风负压变化对内错尾巷风排瓦斯的影响

下表为10月13日与10月20日调风前后瓦斯涌出情况对比：

通过调风数据分析

（1）调风后工作面风排瓦斯量比调风前多1.38m³/min，这部分瓦斯主要由工作面本煤层瓦斯量与部分邻近层残留瓦斯量构成。原因分析：当工作面风量增加时，工作面通风负压也相应增加，打破原通风负压与抽放负压的平衡状态，卸压瓦斯在双重负压的相互作用下流向发生重新分布，加快了瓦斯涌向较低负压区的流动速度，从而一部分邻近层残留瓦斯会涌向工作面采场。

（2）调风前、后回风与内尾风排放瓦斯情况可以看出，当工作面通风负压增加时，内错尾巷风排瓦斯量较调风前增加0.97m³/min，回风风排瓦斯量较调风前增加0.41m³/min，内尾排放瓦斯量占风排瓦斯量的比例较调风前提高了1.8个百分点，说明在增加工作面通风风量的同时，工作面及内错尾巷的通风负压发生变化，通常情况下当工作面负压增加时，内错尾巷的负压也相应增加，但必须考虑回风与内尾的负压差，否则会增加回风排放瓦斯的负担。

4、经验总结

4．1 内错尾巷瓦斯排放原理分析

（1）根据内错尾巷巷道布置情况及运行期间瓦斯排放观测，随着工作面的推进，内错尾巷吸风口始终处于工作面支架切顶线以里5~10m的采空侧。则根据流体动力学原理在内错尾巷吸风口周围形成以内错尾巷口为轴心并以一定作用半径的流场，在该流场作用下，工作面采空侧气体将沿径向流入内错尾巷，即工作面采空侧瓦斯在此作用下由内错尾巷排至总回风，达到缓减回风排放瓦斯压力。

（2）当工作面与内错尾巷塌透时，则内错尾巷吸风口向外发生转移，造成工作面风流由透口处短路，缓减了采空侧负压，不利于采空侧瓦斯的排放。同时随着煤层顶板的频繁活动，上邻近层残留瓦斯不断地涌向采空侧，采空侧积聚的高浓度瓦斯涌向工作面，造成工作面上隅角局部瓦斯积聚的局面。

4．2 内错尾巷通风管理经验

（1）为提高内错尾巷排放采空侧瓦斯能力，在工作面初采期间，距工作面机尾50m处的回风顺槽和内错尾巷以里30m处各设一道风卡，以控制回风与内错尾巷的负压差，达到内错尾巷排放瓦斯的效果。

（2）由于五矿煤层为松软煤层，在采用内错尾巷的工作面在回采过程中容易出现内错尾巷塌落情况，故要求内错尾巷前后10米范围内严格控制采高，采高不得超出采煤机最低采高的10%，由采煤队、安监处、地质测量部及生产技术部督促检查。

（3）内错尾巷在投运前必须将整条巷道进行铺双层金属网并每隔20米打一根中柱，以控制工作面与内错尾巷塌透。

（4）在以后的内错尾巷设计中，要求生产技术部缩小内错尾巷断面，由原来试验期间的12m²降至现在的10 m²以下。

（5）工作面联巷安设局扇，将软质风筒供至内错尾巷掌头，通过外送风机达到稀释内错尾巷瓦斯的效果。

5、内错尾巷试验总结

（1）根据工作面试验期间内错尾巷使用效果，在工作正常运行期间，内错尾巷风排瓦斯量达整个工作面风排瓦斯总量的59.11%，缓减了风排瓦斯的能力。

（2）通过对8125工作面开采期间内错尾巷co和T进行观测，内错尾巷co最大值为0.0004%，T最大为20℃，没有出现自燃发火现象，说明在随工作面的推进内错尾巷逐渐垮落克服了外错尾巷易发生煤层自燃发火的危害。

（3）回风与内错尾巷负压压差在90Pa以上时，内错尾巷处理瓦斯的效果较为明显。

（4）合理调整内错尾巷与回风的通风负压可有效地解决回风瓦斯超限问题。

2007年6月20日