大采高超長工作面停采線附近采空區氣體監測及漏風防治

王玉懷 劉二小 侯 斐 霍忠鋒 錢國棟 芮國相

(1. 華北科技學院，河北省三河市，065201；2. 國電建投內蒙古能源有限公司，內蒙古自治區鄂爾多斯市，017209)

★ 煤礦安全 ★

大采高超長工作面停采線附近采空區氣體監測及漏風防治

王玉懷1劉二小1侯 斐1霍忠鋒2錢國棟2芮國相2

(1. 華北科技學院，河北省三河市，065201；2. 國電建投內蒙古能源有限公司，內蒙古自治區鄂爾多斯市，017209)

對察哈素礦31301工作面停采線附近采空區的氣體變化規律進行了長時間觀測，監測結果表明，由于未垮落空間大以及存在比較嚴重的漏風，停采線附近采空區內O2濃度一直較高。針對存在的采空區漏風，采取了二次封閉、注漿、噴漿、均壓、充填等措施，有效治理了采空區漏風，降低了采空區O2濃度。

大采高 超長工作面 停采線 采空區 氣體監測 漏風防治

1 礦井概況

察哈素煤礦井田南北走向長13.83 km，東西傾斜寬12.02 km，面積157.95 km2。設計可采儲量1833.809 Mt，設計生產能力10.0 Mt/a。礦井采用主斜井、副立井和回風立井的混合開拓方式。井田內煤層結構較簡單，賦存穩定，整體為一向南西傾斜的單斜構造。礦井主采煤層為3-1#煤層，煤層厚度2.05～7.15 m，平均厚為5.25 m；煤層傾角平緩，一般為1°。煤種屬不粘煤和少量長焰煤。礦井為低瓦斯礦井，3-1#煤層屬易自燃煤層，自然發火期37 d，煤塵具有爆炸性。

2 31301工作面概況

31301工作面為礦井首采工作面，工作面走向長2500 m，傾斜長300 m。煤層最大厚度為6.7 m，最小厚度為5.03 m，平均厚度為6.015 m，傾角1°～3°，工作面屬于大采高超長綜采工作面，一次采全高，平均采高5.3 m。

31301工作面采用4巷道布置，每側兩條巷道之間留設20 m煤柱，在兩條巷道間每隔50～60 m開設一條聯絡巷。開采時，為防止向采空區漏風，將工作面開采前方2～3個聯絡巷密閉。末采階段，在停采線開掘主輔回撤通道，主輔回撤通道每隔一段距離用聯巷連通。在主輔回撤通道的外側布置有儲料巷和措施巷。31301工作面回采結束后，其運輸巷道保留下來，作為31303工作面的回風巷道。具體巷道布置見圖1。

2～5—布置有測點的聯巷，Ⅰ～Ⅲ—在膠運巷布置的測點

31301工作面開采過程中，由于煤層厚度賦存變化，煤層厚度個別地段最高達到6.7 m左右，開采過程中采空區出現1.0～1.5 m左右的遺煤，由于煤層自然發火期短、易氧化自燃，在工作面開采過程中多次出現CO超標現象。

3 31301工作面停采線附近氣體變化規律監測研究

3.1 31301工作面膠運巷停采線附近氣體變化規律監測

3.1.1 測點布置及觀測數據

束管監測系統可對井下有自然發火危險的地點進行全面監控，實現煤層自然發火的早期預測預報。為了解停采線附近的膠運巷采空區的遺煤氧化情況，利用工作面的束管監測系統，在31301工作面停采線附近沿膠運巷布設了3個束管測點Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，3個測點距離停采線的距離分別為10 m、20 m和30 m，觀測時間近3個月。3個測點O2觀測數據變化見圖2。

觀測期間測點Ⅰ和測點Ⅲ的CO濃度變化見圖3。

3.1.2 觀測數據分析

(1)各測點O2濃度變化分析。Ⅰ、Ⅱ、Ⅱ測點布置在巷道保護煤柱一側，布置時30 m處的測點距機頭較近，測點附近堆積的浮煤少；20 m處測點處的浮煤堆積的多；10 m處測點位于聯巷中間位置，浮煤不多，受膠運聯巷密閉漏風的影響，觀測前期該處的O2濃度下降速度較20 m、30 m處測點的下降速度慢，在5月6日停采線密閉完成后，向采空區注N2，期間6月7日-11日，6月17日-21日兩次注漿，注漿期間停止注N2，所以3個測點的O2濃度均下降，但是均有反彈現象。由測試數據知，6月24日以后在注N2的作用下3個測點中只有20 m測點處O2濃度在下降，說明注N2并沒有使采空區的O2濃度降低，10 m、30 m處測點存在漏風而導致O2濃度未下降；同時由于察哈素煤礦3#煤層比較堅硬，在煤柱的支撐作用下以及回采過程中沒有對巷道中的錨網支護及時退錨，導致巷道上方頂板長時間不垮落，形成了長距離的三角未垮落帶，同時由于外側聯巷密閉漏風，測點處的O2濃度一直處于較高水平。

圖2 31301工作面膠運巷距停采線測點O2濃度變化

圖3 31301工作面膠運巷距停采線測點CO濃度變化

(2)各測點CO濃度變化分析。觀測數據表明，膠運巷中的3個測點出現少量的CO，10 m處測點CO最高體積濃度為0.0024%，30 m測點CO最高體積濃度達到0.0031%，20 m測點短時間檢測到CO，最高體積濃度為0.0013%。出現這種情況的原因是31301工作面的煤層厚度從開切眼到停采線逐漸變薄，末采階段工作面采高和煤層高度基本一致，停采線附近采空區遺留的浮煤少，少量的浮煤被冒落的直接頂覆蓋，再加上工作面頂板淋水的作用，浮煤沒有出現進一步的氧化現象。

3.2 31301工作面停采線氣體變化規律第一階段監測

3.2.1 測點布置及觀測數據

為加速工作面回撤，在主副回撤通道之間開掘了5條聯巷，由于工作面回撤后有多條聯巷通道與采空區相連，易造成采空區遺煤自燃。為此，在其中的2聯巷、3聯巷、4聯巷、5聯巷4條聯巷中鋪設束管，監測采空區封閉后停采線的氣體變化規律，測點布置見圖1。觀測分兩個階段，第一階段觀測時間從5月6日開始，截止到6月底，觀測時間接近兩個月。

(1)第一階段觀測期間各測點O2濃度變化見圖4。

圖4 第一階段停采線各聯巷測點O2濃度變化

(2)觀測期間各測點CO濃度變化見表1。

表1 停采線各聯巷測點CO濃度變化表 %

3.2.2 觀測數據分析

(1)測點O2濃度變化分析。5月6日停采線永久密閉完成后開始向采空區注N2，在注N2作用影響下主副回撤通道內各個聯巷內O2濃度均在下降但是一直有反彈現象，并且在注漿期間(注漿期間停止注N2)O2濃度又上升到20%左右。總體來說，隨著采空區封閉時間的延長，各測點的O2有逐步下降的趨勢，但是由于停采線采空區空間大以及靠近停采線附近的頂板冒落不充分等原因，其下降幅度比較慢。

(2)測點CO濃度變化分析。監測期間各測點的CO濃度變化表明，在采空區封閉后的初期，各測點出現了濃度較低的CO，5月13日在3聯巷CO出現最高濃度0.0016%，5月26日起，各測點沒有監測到CO。

(3)由于煤層較硬，在煤柱的支撐作用下，在停采線附近形成了巨大的未垮落空間，在這個空間內O2濃度一直較高。同時，在大面積未垮落頂板的作用下，聯巷煤柱壓力顯現明顯，出現煤柱破裂，相鄰巷道底鼓。觀測結果表明，停采線聯巷密閉存在比較嚴重的漏風，應采取措施進行治理。

3.3 31301工作面停采線漏風治理及第二階段監測

3.3.1 停采線附近漏風治理

由于停采線聯巷密閉漏風嚴重，O2濃度一直較高，為消除采空區發火隱患，察哈素煤礦2014年8月-12月對31301工作面停采線聯巷密閉及巷道煤柱采取了以下措施：

(1)對停采線主輔回撤通道部分聯巷進行了二次封閉。

(2)對二次密閉后的部分巷道進行注漿充填，實現全斷面封堵。

(3)在主輔回撤通道聯巷密閉外側實行全斷面噴漿，噴漿厚度為100 mm，噴漿范圍延伸至巷道交叉口。

(4)主輔回撤通道聯巷密閉周邊打鉆孔注漿。

(5)對膠運巷道一側的煤柱實行注漿加固以及煤柱表面噴漿，聯巷密閉全斷面噴漿。

(6)利用本公司電廠產生的粉煤灰，通過鉆孔對停采線回撤通道及兩個巷道的頂板未冒落區域進行充填。

(7)在采區回風巷采取均壓措施，降低采區回風側負壓。同時在儲料巷和措施巷中設置調節風窗，減小儲料巷和措施巷風量。

3.3.2 第二階段觀測數據

2014年8-12月對31301工作面停采線聯巷密閉處的O2濃度進行了第二階段的觀測，各測點數據見圖5。

圖5 第二階段停采線各聯巷測點O2濃度圖

3.3.3 第二階段觀測數據分析

第二階段所測數據表明，隨著采空區注N2不斷進行和二次密閉、密閉加固、堵漏、采空區充填等措施的實施，停采線附近的O2濃度呈現總體下降的趨勢，但各測點數據變化有所差別，其中4聯巷和5聯巷密閉測點處的O2濃度在2014年10月底下降到8%～10%，基本上處于穩定狀態，而2聯巷和3聯巷密閉測點處的O2濃度在2014年10月底有所下降，然后又開始升高，隨著各種封堵措施的完成，2014年12月底停采線2聯巷和3聯巷密閉測點處的O2濃度下降到8%左右。

4 結論

由于31301工作面長、采高大以及硬煤硬頂板條件，造成停采線附近大面積頂板未垮落，加上采空區漏風的影響，停采線附近的O2濃度長時間居高不下。在采取了二次封閉、注漿、噴漿、均壓、充填粉煤灰等漏風治理措施后，停采線附近的O2濃度得到了有效控制，消除了采空區發火隱患。根據本次觀測結果，建議今后工作面停采時，除采取上述措施外，應對停采線附近的頂板采取強制崩落措施，同時對兩側巷道采取及時退錨措施，避免頂板長時間不垮落。

[1] 霍忠鋒，劉波，王玉懷等.察哈素煤礦31301工作面及地表漏風聯合測試及其防治[J].煤礦安全，2015(3)

[2] 芮國相，王玉懷，任建軍等.察哈素煤礦3號煤層自然發火標志性氣體研究及其應用[J].華北科技學院學報，2015(2)

[3] 鄔劍明，劉超等. 淺埋藏復合煤層開采漏風防治技術研究[J].中國煤炭，2009(5)

[4] 薛毅，鄔劍明，王俊峰.礦井自燃火災束管監測系統應用研究[J].工礦自動化，2014(4)

[5] 張福成.淺埋易自燃煤層防滅火關鍵技術[J].煤礦安全，2011(2)

(責任編輯 張艷華)

Gas monitoring and leakage prevention at gob near stop line of large mining height long caving mining face

Wang Yuhuai1, Liu Erxiao1, Hou Fei1, Huo Zhongfeng2, Qian Guodong2, Rui Guoxiang2

(1. North China Institute of Science & Technology, Sanhe, Hebei 065201, China;2.Inner Mongolia Energy Co., Ltd., China Guodian Corporation, Erdos, Inner Mongolia 017209, China)

Long-term observation was conducted for gas change laws of gob near stop line of 31301 working face at Chahasu Mine. The monitoring results showed that oxygen concentration kept high at gob near stop line because of large non-fallen space and serious air leakage. Secondary sealing, grouting, cementing, pressure balance and back-filling were utilized to solve air leakage at gob and effectively lower oxygen concentration at gob.

large mining height, long working face, stop line, gob, gas monitoring, air leakage prevention

國家自然科學基金資助(U1361130)，中央高校基本科研業務費資助(3142015021，3142015124，3142015119)

王玉懷,劉二小,侯斐等. 大采高超長工作面停采線附近采空區氣體監測及漏風防治[J]. 中國煤炭，2017，43(2):100-103. Wang Yuhuai, Liu Erxiao, Hou Fei, et.al. Gas monitoring and leakage prevention at gob near stop line of large mining height long caving mining face[J] .China Coal，2017，43(2): 100-103.

TD753

A

王玉懷(1966-)，男，河北省故城縣人，教授，博士，主要從事采礦及礦山安全研究工作。