煤礦采掘工作面瓦斯涌出不均衡系數研究

文／趙鐵橋 湖南安全技術職業學院尹紅球 湖南省洪山殿礦業公司陳小輝 湖南省白山坪礦業公司

煤礦采掘工作面瓦斯涌出不均衡系數研究

文／趙鐵橋 湖南安全技術職業學院尹紅球 湖南省洪山殿礦業公司陳小輝 湖南省白山坪礦業公司

本文根據湖南煤礦開采技術條件，利用煤礦安全監控系統連續監測和傳統人工檢測相結合，選擇具有代表性的不同瓦斯等級礦井，進行采掘工作面瓦斯涌出不均衡系數的研究。提出在湖南煤礦開采技術條件和現有檢測技術條件下的采掘工作面瓦斯涌出不均衡系數，揭示出煤礦瓦斯涌出的復雜性和傳統人工檢測方法在采掘工作面瓦斯涌出規律研究中的局限性，啟示人們在礦井瓦斯災害預防與控制方面應采取新的更可靠的對策措施。

湖南煤礦開采技術條件復雜，自然災害嚴重，其中瓦斯事故次數及其死亡人數分別占到全省煤礦事故總次數和總人數的40%。煤層賦存條件差，與華北、東北、西南以及中原地區有很大差異，因此加強湖南煤礦瓦斯基礎工作研究，及時測定煤層瓦斯參數，掌握煤層瓦斯涌出規律，對指導礦井通風設計和現場通風技術管理，有效防治煤礦瓦斯事故，改善煤礦安全生產條件十分必要。為此，由湖南安全技術職業學院和湖南黑金時代有限公司共同開展了《湖南煤礦采掘工作面瓦斯涌出不均衡系數的研究》項目研究，并選擇在有代表性的洪山殿礦業公司蛇形山煤礦和白山坪礦業公司龍塘煤礦進行。

礦井概況

◎蛇形山井基本情況

蛇形山礦隸屬湘煤集團洪山殿礦業有限公司，位于湖南省雙峰縣蛇形山鎮，東西走向長約4.3km，南北寬1.6km，礦區面積6.9km2。該礦于1958年建井，1967年投產，設計生產能力30萬噸/年，核定生產能力18萬噸/年，實際生產能力13～15萬噸/年。煤系地層為上二迭紀龍潭組煤系，共含煤六層，自上而下分別命名為1煤、2煤、3煤、3中煤、4煤和5煤。其中4煤為主采煤層，1煤、3煤為局部可采煤層。傾角一般在25～50°，東緩西陡。礦井開拓方式為立井-暗斜井開拓。現開采-300水平，有19、23、22、22W共4個采區生產。礦井“五大自然災害”（瓦斯、煤塵、水、火和頂板災害）俱全，尤以煤與瓦斯突出災害嚴重。2010年《礦井瓦斯等級鑒定》礦井相對瓦斯涌出量為103.27m3/t，絕對瓦斯涌出量為23.65m3/min。礦井通風方式為混合式，礦井有4個進風井和3個回風井。全礦總排風量為5100m3/min，能滿足生產要求。

◎龍塘礦井基本情況

龍塘煤礦隸屬湖南省煤業集團有限公司白山坪礦業有限公司，位于耒陽市龍塘鄉、竹市鄉、南陽鎮的交界處。井田走向長3.3km，傾向長度1.58km，面積5.21km2。礦井于1966年建井，1971年1月投產，礦井設計能力為22萬噸/年，核定能力為12萬噸/年。采用斜井加集中底板運輸巷開拓，傾斜分層走向長壁采煤法。現開采第二水平（-300m），主要生產采區為206、376采區。礦井為混合式通風方式。2010年瓦斯鑒定結果：瓦斯絕對涌出量為2.71m3/min，相對涌出量為15.93m3/t，為高瓦斯礦井。礦井為混合抽出式通風方式，主井進風、副井和南風井回風；副井、南風井風機均采用雙回路供電。目前，南風井負壓為1450Pa，排風量為864m3/min，副井負壓為1150Pa，排風量為1210m3/min。

研究地點的確定

蛇形山井現有采掘工作面13個，本次研究選擇在煤礦2344內機巷、22W43風巷煤巷掘進工作面和2344、1914采煤工作面進行；龍塘井現有采掘工作在面5個，本次研究選擇在2062、3765掘進工作面和2065采煤工作面進行。

◎采掘工作面瓦斯涌出量測定

一、采掘工作面測點布置

采掘工作面測點布置如圖1和圖2所示。

二、測定內容與技術要求

1、測量內容

①人工測量各測點斷面、風量；

②人工測量各測點在打眼、爆破、裝運煤、支護和采空區處理不同工序條件下的CH4濃度和工作面煤層厚度、傾角和地質變化等情況。

③人工記錄各測點在打眼、爆破、裝運煤、支護不同工序條件下的甲烷傳感器CH4濃度。

④監控系統各測點傳感器CH4檢測數據，按系統設置，每5分鐘自動記錄1次，每24小時打印一次數據。每24小時打印一次數據。井下各采掘工作面分別安裝瓦斯傳感器、溫度傳感器、風速傳感器、一氧化碳傳感器等，傳感器安裝位置、數量符合規定，并實行連續不間斷監控。

2、技術要求

①人工測量各測點CH4濃度時，在同一工序條件下每30分鐘測定1次，每次測量3個數據取平均值。

②測點傳感器CH4濃度按人工測量次序記錄在規定的表中。

③測量在所測地點風流中進行：有支架巷道—離支架50mm的風流；裸體或錨噴支護巷道—離巷壁200mm的風流。

④人工檢測瓦斯數據時，必須以光學瓦斯瓦檢定器為主，輔之以便攜式瓦斯檢測報警儀和瓦斯傳感器數據進行校驗。

⑤檢測周期：人工測定時間計劃20天，但不少于連續9個小班，監控系統測定時間不少于1個月。每天分3班進行，檢測數據精確到小數點后兩位數。

⑥必須按規定的瓦斯檢測地點、檢測方法、檢測次數檢測瓦斯，并及時將檢測數據填寫到記錄表格。確認數據完整，數據誤差（包括人工檢測和甲烷傳感器的數據檢測誤差）不得超過5%的。

⑦瓦斯檢測人員必須對使用的儀器儀表認真檢查，保證其使用正常，測量數據準確。對檢測地點的傳感器懸掛和運行情況，必須高度關注，一旦出現異常，必須及時處理或報告。礦井監控系統人員必須確保項目實施期間監控系統的正常運行。

⑧測定人員必須記錄被測采掘工作面的作業情況，包括正常、不正常或停止作業情況、停止作業起止時間、停止作業原因等。

⑨測點風量的測量，可由礦井通風技術員或專職測風員測量。各測點斷面積和風量，須隨采掘工作面推進所引起的測點位置的變動做相應的測量。要注意并記錄采掘工作面通風設施使用情況、風量變化情況，并及時向礦總工程師匯報。

⑩檢測人員要將當班檢測的數據和情況按要求及時記錄、匯總。對檢測數據中出現的異常情況，必須提出分析和處理意見，并及時報告項目負責人。

◎采掘工作面瓦斯涌出不均衡系數計算

通過利用煤礦安全監控系統對蛇形山井和龍塘井采掘工作面風量和風流中瓦斯濃度進行實時連續監測，并輔以人工現場測量，從而獲得了大量的數據。并對所獲數據進行科學的統計分析，確定了采掘工作面瓦斯涌出不均衡系數，如表3所示。

研究成果為蛇形山煤礦和龍塘煤礦采掘工作面合理配風和指導礦井災害防治提供了科學依據，在同類礦井中具有推廣應用的價值。

表3 各測定采掘工作面瓦斯涌出不均衡系數

必須指出的是，利用煤礦安全監控系統對蛇形山煤礦、龍塘采掘工作面瓦斯涌出情況實時監測，并將所獲得的大量數據進行整理計算，得出龍塘煤礦采掘工作面瓦斯涌出不均衡系數K值中個別值達2.78，蛇形山煤礦采掘工作面瓦斯涌出不均衡系數K值中有小部分數據偏大，最大達6.39，都超過了現行礦井通風設計中所推薦的采掘工作面瓦斯涌出不均衡系數最大K值。這是本次研究對工作面瓦斯涌出不均衡系數K值所獲得的新的結果。這一結果揭示出煤礦瓦斯涌出的復雜性，預示對傳統的工作面瓦斯涌出不均衡系數K值選取的挑戰，以及安全監控系統在煤礦安全生產中不可替代的作用，同時也啟示人們在礦井瓦斯災害預防與控制方面應采取新的更可靠的對策措施。

□責任編輯 董 宇