李 軍

（山西汾西瑞泰正中煤業(yè)， 山西 靈石 031300）

1 工程概況

四采區(qū)位于井田的東中部，地表位于工業(yè)廣場以北，井下東起F8斷層與二采區(qū)相鄰，西至八里鋪東斷層與六采區(qū)相接，北部為十四采區(qū)，南靠井底車場。采區(qū)東西寬1.0 ～1.2 km，南北長1.6 ～1.8 km。3下煤層全區(qū)發(fā)育，3下煤層在采區(qū)西北部沖刷無煤，無煤區(qū)東西寬約0 ～0.9 km，南北約0 ～1.1 km，近似三角形面積約為0.66 km2。其中43上03工作面位于四采區(qū)西部，3上輔助運(yùn)輸巷北側(cè)，西臨八里鋪東斷層，東臨43下02工作面（未采），南至設(shè)計(jì)停采線，北至預(yù)測沖刷邊界，下部為已回采的43下03綜放工作面采空區(qū)。

43上03工作面埋深平均533 m。走向長980 m，傾斜長74 m。煤厚平均2 m，煤層傾角3°～5°，煤層頂板直接頂為2.8 m的泥巖及粉砂巖，老頂為8.5 m厚粉砂巖及粉細(xì)砂巖互層，無偽頂，直接底為0.51～3.0 m泥巖，老底為1.44～4.07 m的粉砂巖。瓦斯含量低級，但根據(jù)4303、4302綜放工作面回采時(shí)的情況，該區(qū)域是瓦斯涌出異常區(qū)域，瓦斯含量相對較高，回采對工作面回風(fēng)隅角CH4含量最高達(dá)8%以上，回風(fēng)巷達(dá)0.3%。

2 巷道掘進(jìn)期間3下采空區(qū)氣體分布

2.1 下采空區(qū)氣體分布觀測

1）巷道掘進(jìn)期間氣體涌出情況。由于43上03工作面位于4303采空區(qū)上部的裂隙帶中部，3上煤層有眾多的裂隙與3下采空區(qū)溝通，而且是在瓦斯含量相對較高的采空區(qū)上部，所以采空區(qū)頂部的高濃度瓦斯，在風(fēng)壓分配不合理的情況下，極有可能短期從底板大量涌出，對安全有一定威脅，特別是43上03輔順在掘進(jìn)過程中，危險(xiǎn)性更大[1-2]。因此，在掘進(jìn)和回采期間要對43下03采空區(qū)氣體進(jìn)行監(jiān)測。

2）43下03采空區(qū)氣體監(jiān)測點(diǎn)的布置。根據(jù)43上03綜采面的特殊情況，在巷道掘進(jìn)期間，分別在43下03膠順、輔順向43下03綜放面采空區(qū)打鉆，對下部采空區(qū)氣體空間分布進(jìn)行考察，通過鉆孔內(nèi)下束管取樣分析。

3）43上03鉆孔概況。43上03輔順全長985.3m，掘進(jìn)期間布置三個(gè)鉆孔，用于43下03采空區(qū)的氣體觀測。膠順全長890 m，布置2個(gè)鉆孔對43下03采空區(qū)的氣體觀測。

2.2 掘進(jìn)期間鉆孔觀測數(shù)據(jù)分析

切眼貫通前后，由局部壓入式通風(fēng)變?yōu)榈V井負(fù)壓通風(fēng)，采空區(qū)外界壓力發(fā)生變化，因此，采空區(qū)內(nèi)氣體的流動(dòng)也隨之發(fā)生了變化。因此，分別對43上03輔順和膠順鉆孔的氣體進(jìn)行觀測。

從觀測結(jié)果可知，在氧濃度較高時(shí)，瓦斯?jié)舛容^低，此時(shí)為鉆孔向3下采空區(qū)進(jìn)氣；在氧濃度下降時(shí)，瓦斯?jié)舛壬仙?，?dāng)43下03采空區(qū)氣體壓力大于巷道內(nèi)氣體的壓力時(shí)，此時(shí)鉆孔由采空區(qū)向外出氣，氣體從采空區(qū)涌向掘進(jìn)巷道，所以瓦斯?jié)舛雀叨鯕鉂舛鹊汀?/p>

2月初氧氣和瓦斯?jié)舛茸兓艽?，主要原因是切眼貫通，壓力突然變小，造?下氣體上涌，但調(diào)整風(fēng)量以后氧濃度上升，瓦斯?jié)舛冉档汀?/p>

開切眼幾天后，l號和2號孔的氧濃度和瓦斯?jié)舛扔钟行〉淖兓?，氧氣濃度降低，瓦斯?jié)舛壬摺Ｆ渲饕蚴乔醒圬炌ê筮€要擴(kuò)大切眼，在風(fēng)量沒有調(diào)整的情況下，切眼擴(kuò)大，造成輔順和膠順的壓差變小，從而使3下采空區(qū)的氣體上涌。但切眼擴(kuò)大以后，調(diào)整風(fēng)量，氧氣濃度和瓦斯?jié)舛扔只謴?fù)到原來的狀況。

觀測結(jié)果表明，2號孔的氧氣濃度變化比1號孔要小，而且2號氧濃度比1號要小，主要原因是1號孔位于3下停采線處，2號孔距1號孔200 m，離迎頭較近，在掘進(jìn)期間壓力比1號大，氣體多為進(jìn)氣，1號孔處壓力較小，受3下采空區(qū)影響較大。2號孔的瓦斯的濃度比1號低，交化率比1號孔要小，而且2號孔瓦斯?jié)舛壬叩母怕时?號孔要低，氣體成分較為穩(wěn)定，說明掘進(jìn)期間2號孔的壓力比1號孔要大，氣體多為進(jìn)氣。1號點(diǎn)瓦斯?jié)舛纫哂?號點(diǎn)，也說明距離停采線越近，瓦斯?jié)舛仍礁摺?/p>

3 回采期間采空區(qū)氣體分布規(guī)律

3.1 回采期間采空區(qū)氣體束管監(jiān)測

為了研究43上03采空區(qū)瓦斯分布及流動(dòng)規(guī)律，擬在43上03工作面回風(fēng)巷采用埋管和施工鉆孔觀測43下03工作面采空區(qū)氣體分布及流動(dòng)規(guī)律。以考察3上、3下采空區(qū)氣體的分布情況。在43上03膠順布置束管共275 m，測點(diǎn)共四個(gè)，其具體位置為:1號束管在切眼位置，2號、3號、4號測點(diǎn)依次向后布置，且間距為40 m。

3.2 瓦斯?jié)舛确植?/h3>

1）3上03瓦斯?jié)舛确植?。根?jù)膠順和輔順布置的束管觀測數(shù)據(jù)可以得到采空區(qū)瓦斯隨工作面推進(jìn)時(shí)的瓦斯?jié)舛鹊戎稻€圖:由圖可知，隨著距工作面距離的增加，采空區(qū)瓦斯?jié)舛瘸蔬f增趨勢，且隨著距工作面距離的增大，遞增速度增大[3-4]。

2）回采期間43下03采空區(qū)瓦斯分布規(guī)律。43上03工作面在回采過程中必然會(huì)影響到43下03采空區(qū)的氣體分布。根據(jù)膠順和輔順布置的鉆孔觀測數(shù)據(jù)可以得到采空區(qū)瓦斯隨工作面推進(jìn)時(shí)的瓦斯?jié)舛鹊淖兓闆r可以得出，隨著工作面的推進(jìn)，2個(gè)鉆孔內(nèi)取得的43下03采空區(qū)的氣體中，瓦斯?jié)舛戎饾u降低。43上03工作面的開采。影響了43下03氣體的分布，43上03的風(fēng)流通過破碎帶滲流到43下03采空區(qū)，使得瓦斯?jié)舛冉档?又由于膠順為回風(fēng)巷壓力較低，輔順為進(jìn)風(fēng)巷壓力較高，所以膠順鉆孔內(nèi)瓦斯較輔順高。

4 采空區(qū)瓦斯涌出特點(diǎn)及規(guī)律

4.1 43下03采空區(qū)瓦斯涌出監(jiān)測分析

回采期間，工作面風(fēng)量始終保持在800 m3/min左右，風(fēng)量沒有明顯變化；43上03工作面是綜采面，煤厚2 m左右，在回風(fēng)隅角的瓦斯超限時(shí)，并沒有發(fā)現(xiàn)沖擊地壓和頂板大面積陷落的現(xiàn)象，所以瓦斯超限只能是周邊氣體的壓力差引起的，與掘進(jìn)期間迎頭瓦斯從底板涌出十分相似。

隨著工作面的推進(jìn)，3上采空區(qū)面積增大，與3下采空區(qū)的連通的范圍也在增大，再加上3上與3下之間存在裂隙溝通，當(dāng)大氣壓力降低時(shí)，采空區(qū)壓力高于外界壓力，瓦斯通過3上煤層底板向上涌出，致使瓦斯?jié)舛瘸?。調(diào)壓以后，使43下03采空區(qū)壓力低于43上03采空區(qū)壓力，從而達(dá)到抑制瓦斯涌出的目的。在風(fēng)機(jī)吹風(fēng)，加大風(fēng)量，掛風(fēng)簾和調(diào)壓這些措施中，調(diào)壓的作用是最明顯的，這也說明壓力的變化是引起瓦斯超限的主要原因（見圖1 ～圖4）。

圖1 輔順1號孔鉆孔內(nèi)外壓力變化圖

圖2 輔順2號鉆孔內(nèi)外壓力變化圖

圖3 膠順1號鉆孔內(nèi)外壓力變化圖

圖4 膠順2號鉆孔內(nèi)外壓力變化圖

圖1 ～4可以看出，除輔順l號孔以外，其余三個(gè)鉆孔內(nèi)的壓力開始小于鉆孔外壓力，鉆孔內(nèi)外壓差隨時(shí)間的推移逐漸變小，在13:00左右鉆孔內(nèi)壓力大于鉆孔外壓力，這說明采空區(qū)內(nèi)的氣體開始向43上03巷道內(nèi)涌入，這與地面大氣壓力觀測中一天氣壓的最低點(diǎn)相吻合，這說明大氣壓力的變化在采空區(qū)氣體涌出中起了很關(guān)鍵的作用。圖5鉆孔外壓力始終大于鉆孔內(nèi)壓力，即氣體始終是從巷道涌入采空區(qū)的，這是由于輔順l號點(diǎn)位于進(jìn)風(fēng)巷最外端，壓力較大，受風(fēng)機(jī)影響要大于受大氣壓力的影響，只是在13:00以后鉆孔內(nèi)外的壓力差減小，但鉆孔外壓力始終是大于鉆孔內(nèi)壓力的。

圖5 43上03工作面回風(fēng)隅角瓦斯變化

從圖5中可以看出:回風(fēng)隅角瓦斯?jié)舛仍?4:00左右比較高，此時(shí)正是大氣壓力最低的時(shí)候，由于43上03采空區(qū)和43下03采空區(qū)連通，當(dāng)大氣壓力下降到比43下03采空區(qū)壓力低的時(shí)候，43下03采空區(qū)的氣體便會(huì)沿裂隙涌向43上03采空區(qū)，致使43上03回風(fēng)隅角瓦斯超限。

4.2 采空區(qū)瓦斯涌出規(guī)律

由以上觀測分析可以看出采空區(qū)瓦斯涌出主要呈現(xiàn)如下的規(guī)律:

1）在工作面風(fēng)量和溫度保持不變的情況下，瓦斯涌出量變化的時(shí)間和幅度與地面大氣壓變化的時(shí)間和幅度有關(guān)，而與大氣壓的絕對值大小無關(guān)。

2）地面大氣壓的變化影響采空區(qū)瓦斯涌出。地面氣溫升高，大氣壓變小時(shí)，采空區(qū)瓦斯有向外涌出的趨勢，地面氣溫降低，大氣壓變大時(shí)，工作面氣體有向里涌入的趨勢。

3）為了防治43下03采空區(qū)的氣體對43上03工作面的影響，采用調(diào)壓的措施，使43下03采空區(qū)的兩個(gè)密閉前氣壓降低，形成一個(gè)波泄漏通道，密閉前有害氣體濃度升高，注意密閉前的安全管理，防止對人員造成傷害。

5 結(jié)論

1）掘進(jìn)期間的瓦斯涌出主要與掘進(jìn)時(shí)局部通風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓有關(guān)，增大掘進(jìn)工作面的風(fēng)流壓力可以防止43下03采空區(qū)瓦斯涌出。

2）回采期間對43下03采空區(qū)瓦斯分布有影響，距離工作面越近的區(qū)域受到43上03風(fēng)流的影響，瓦斯?jié)舛容^低，而且在43上03膠順（回風(fēng)側(cè)）下方的采空區(qū)的瓦斯?jié)舛却笥?3上03輔順（進(jìn)風(fēng)側(cè)）下方的采空區(qū)的瓦斯?jié)舛取?/p>

3）回采期間瓦斯的涌出，主要是受大氣壓的影響，降低43下03采空區(qū)壓力，防止大氣壓力降低時(shí)，瓦斯由下部采空區(qū)進(jìn)入43上03采空區(qū)及工作面。

4）密閉前的防滅火工作。由于下部采空區(qū)兩個(gè)密閉成為了良好的漏風(fēng)通道，并且兩密閉距離43下03停采線很近，附近有大量遺煤，在良好的通風(fēng)條件下，很有可能遺煤緩慢氧化，成為火災(zāi)隱患。因此，必須加強(qiáng)兩密閉內(nèi)的氣體觀測，防止遺煤自燃。