某矿4303工作面采空区有害气体遗漏检测

王 云

(大同煤矿集团有限责任公司矿山救护大队)

1 工程概况

某矿四采区地表位于工业广场以北，井下东起F8断层与二采区相邻，西至八里铺东断层与六采区相接，北部为十四采区，南靠井底车场。采区东西宽1～1.2 km，南北长1.6～1.8 km，面积约2.05 km2。3下煤层全区发育，3下煤层在采区西北部冲刷无煤，无煤区东西宽0～0.9 km，南北长0～1.1 km，近似三角形，面积约0.66 km2。43上03工作面位于四采区西部，3上辅助运输巷北侧，西临八里铺东断层，东临43下02工作面(未采)，南至设计停采线，北至预测冲刷边界。下部为已回采的43下03综放工作面采空区。

43上03与43下03煤层间距32.33～41.79 m，平均36.03 m，43下03工作面为综放回采，平均煤厚6.45 m，按80%回采率计算，4303综放工作面的实际采出煤厚5.16 m。根据监测资料，该矿最大冒落带高度约为采高的5倍，裂隙带高度约为采高的13倍，4303综放面的冒落高度约25.8 m，裂隙带约67 m，因此，43上03工作面位于4303采空区上部的裂隙带中部。

43上03工作面埋深平均为533 m，走向长980 m，倾斜长74 m，煤厚平均2 m，煤层倾角3°～5°，煤层顶板直接顶为2.8 m厚泥岩及粉砂岩，老顶为8.5 m厚粉砂岩及粉细砂岩互层，无伪顶，直接底为0.51～3.0 m厚泥岩，老底为1.44～4.07 m厚粉砂岩。瓦斯含量低级，但根据4303、4302综放工作面回采时的情况，该区域为瓦斯涌出异常区域，瓦斯含量相对较高，回采对工作面回风隅角CH4含量最高达8%以上，回风巷达0.3%。煤尘爆炸指数为41.15，煤有自燃倾向性，发火期为3～6个月。

由于43上03工作面下部为已回采的43下03综放工作面采空区，3上与3下煤层间距32.33～41.79 m，平均36.03 m，该矿最大冒落带高度约为采高的5倍，裂隙带高度约为采高的13倍，4303综放面冒落高度约25.8 m，裂隙带高度约67 m。因此，43上03工作面位于4303采空区上部的裂隙带中部。3上煤层有众多的裂隙与3下采空区沟通，并且位于瓦斯含量相对较高的采空区上部，因而采空区顶部的高浓度瓦斯在风压分配不合理的情况下，极有可能短期内从底板大量涌出。为掌握该矿不同时期的漏风情况，本研究对43上03工作面和43下03采空区进行3次漏风测试[1-2]。

2 切眼贯通前漏风测试

本研究采用基点法进行压能测试，井底车场为基点。2016年1月14日上午9时进行压能测试，共耗时3 h，测试结果见表1。

表1 四采区压能分布测试结果 Pa

由表1可知：压能最高点为43下03胶顺，由于辅顺1#、2#孔均进气，矿选取l#孔为释放点，同时在辅顺l#孔、2#孔及3个密闭(4302胶顺密闭、4303辅顺以及4302尾巷)取气，共取气6 h。根据实测数据，经过整理计算，得到各测点六氟化硫(SF6)浓度随时间变化的曲线，如图1所示。

图1 SF6浓度随时间的变化特征

由图1可知：43上03辅顺1#孔、2#孔以及43下02辅顺SF6气体浓度达到最高值，据此计算的漏风风速为辅顺1#点为0，辅顺2#点为2.67 m/min，43下02辅顺为4.96 m/min。

43上03辅顺l#孔为释放点，开始的一段时间内没有SF6出现，但在一段时间后出现SF6，在下午2:30以后浓度逐渐降低,最后为0，说明43上03辅顺l#孔受大气压影响较大，随大气压的变化，气体时进时出，43上03辅顺2#孔与1#孔相似。

3 切眼贯通后释放SF6漏风检测

2016年3月17日9:30开始释放SF6气体，释放1 kg气体，释放时间为15 min。释放点为43上03辅顺l#孔。取样点共7个，分别为4302辅顺密闭、4302胶顺密闭、4302胶顺尾巷密闭、43上03辅顺2#点、43上03辅顺3#点、43上03胶顺l#点、43上03胶顺2#点。9:35开始取样，至11:00每隔5 min取1次，11:00～13:30每隔10 min取1次。各测点SF6浓度随时间变化的曲线如图2、图3所示。

由图2、图3可知：SF6含量较高的时间段出现在13:30～15:00，大气压对采空区气体涌出有一定的影响，与采空区瓦斯的涌出规律一致。本研究计算出4302辅顺密闭、4302胶顺密闭、4302胶顺尾巷密闭、43上03辅顺2#点、43上03辅顺3#点、43上03胶顺l#点、43上03胶顺2#点的漏风风速分别为11.15，6.5，25.03，4.33，18.4，3.51，5.84 m/min。可见，4302尾巷密闭处漏风风速最大，可达到25 m/min左右，辅顺2#处漏风风速最小，最小达到4.33 m/min。

综合分析可知：4302胶顺密闭和4302辅顺密闭处漏风均较为通畅，其他测点如辅顺2#孔处漏风速度相对较低，气体流动均以扩散为主。因此，43下03采空区的漏风通道以4302胶顺密闭和4302辅顺密闭为主，在预防3下采空区遗煤自燃时，应注重主要漏风通道的堵漏工作。

4 回采期间释放SF6漏风检测

43上03工作面于2016年4月26日开始回采，由于工作面宽度较小(74 m)，煤厚约2 m，采用综采方式，回采速度较快，平均每天推进10 m左右，2016年5月14日下午3时工作面回风隅角瓦斯超限(浓度为1.3%)，至下午5时瓦斯浓度达到2.1%，当时工作面风量为800 m3/min，工作面距切眼51 m。分析原因主要是：随着工作面推进，3上采空区面积增大，与3下采空区的接触面积增大，又由于存在破碎带，当大气压力降低时，采空区压力高于外界压力，瓦斯通过底板向上涌出[3-5]。出现该现象后，加大风量至1 000 m3/min，在进风隅角打沙袋墙，挂风帘，在回风隅角增加1台风机，向回风隅角内吹风，降低瓦斯浓度。同时进行调压，将4302胶顺和4302辅顺密闭前的风门全部打开，降低3下采空区密闭前的压力，使采空区瓦斯流向发生改变。5月14日19时，回风隅角瓦斯浓度降至0.35%，22时左右对密闭前瓦斯浓度进行检测，瓦斯浓度升高，超过便携式瓦检仪的量程，说明采空区瓦斯流向发生了改变。在对四采区进行调压以后，为掌握43上03工作面和3下采空区的漏风情况，本研究进行了四采区压能测试和SF6漏风测试。为确定SF6的释放地点，在2016年5月20日对四采区进行了压能测试，分别对2个调压地点(4302胶顺密闭前、4302辅顺密闭)、43上03胶顺和辅顺距停采线200 m的钻孔进行压能测定，结果见图4、图5。

图2 SF6浓度随时间的变化特征

图3 43上03辅顺2#孔内外压力

图4 43上03胶顺2#孔内外压力

调压前钻孔内压力在大气压较低时会高于钻孔外压力，3下采空区气体经钻孔向外涌出。调压以后，由图4、图5可知：钻孔内的压力低于钻孔外压力，说明3上气体压力大于3下采空区内部压力，调压改变了3上与3下的气压分布。

由图6、图7可知：4302胶顺密闭和辅顺顺密闭在调压以后压力降低明显，主要是由于密闭前的风门打开，直接与回风大巷相通，密闭前压力降低，成为了漏风通道。

图5 4302胶顺密闭调压前后气压变化情况

图6 4302辅顺顺密闭调压前后压力变化

本研究SF6释放地点为43上03进风隅角，此时工作面距切眼140 m，风量803 m3/min。采样地点为43上03胶顺4个束管、4302胶顺密闭和4302辅顺密闭。释放时间为2016年5月22日13时，在释放SF6后开始取气，前1 h每隔5 min取1次气样，而后每隔10 min取1次气样，取样时间共耗时3 h(13:00～16:00)，观测3 h内密闭和束管漏风情况。根据实测数据，经过整理计算，得到各测点SF6浓度随时间的变化曲线如图8所示。由图8可知：各测点SF6变化近似为正态分布曲线，本研究算的1#～4#束管、4302胶顺密闭、4302辅顺密闭的漏风风速分别为2.68，2.49，2.44，1.71，9.65，10.41 m/min。可见，4302辅顺密闭处漏风风速最大，43上03采空区漏风较小。综合分析可知：主要漏风通道为4302胶顺密闭和4302辅顺密闭。

图7 4302辅顺密闭检测SF6气体浓度变化

图8 SF6浓度随时间的变化特征

5 结 语

对某矿43上03工作面切眼贯通前后及回采过程中共进行了3次漏风检测，确定了主要漏风通道，对于进一步采取措施解决漏风问题有一定的参考价值。