煤矿掘进高浓度高压氮气涌出的分析

刘克生 王 禹 朱智杲

(铁煤集团内蒙古东新煤炭有限责任公司敬老院煤矿，内蒙古 鄂尔多斯010321）

1 概述

1.1 敬老院矿煤层地质概况

敬老院煤矿位于东胜煤田准格尔召—新庙矿区，东胜煤田是以三叠系上统延长组为基底的侏罗纪早、中期含煤建造，主要含煤地层为侏罗系中下统延安组。延安组为河流泛滥平原发展至湖滨平原相沉积。本井田位于东胜井田南部，为向南西倾斜的单斜构造，井田内煤层赋存稳定，不发育断层、褶皱、及岩浆岩侵入体，地质构造属简单类型。该井田煤层属浅埋深煤层，煤层瓦斯含量和涌出量小，绝对涌出量为0.08m3/min，煤层所处的瓦斯分带为氮气带。

1.2 8405 工作面简要概况

8405采场为该矿4层煤西盘区首个回采工作面，设计倾向长220米，走向长2250米，运顺设计断面为4.2m*2.8m。运顺临近井田边界，与伊泰集团大地精煤矿相临，西北部临近满来梁井田，工作面切眼为井田边界，与满来梁井田相邻。回顺为本矿未采动区，与8406综采工作面回顺相邻，上覆三层煤不发育，无采空区。煤层最小厚度1.2米,最大厚度4.09米,平均厚度2.45米。

2 掘进超前钻孔高浓度、高压氮气涌出情况

8405运顺由我矿综掘一队负责掘进施工，由于该巷道为井田边界，掘进采取先探后掘的探放水措施，超前探孔施工设计如图所示。钻孔采用专用探水钻机施工，孔径42mm。2011年5月12日掘进至1646米处，白班在工作面右侧施工的超前探水钻孔时，发现孔内有异常气体排出，并且带压，作业人员及瓦检员立即向矿调度和相关领导汇报。瓦检员用理研检查孔内瓦斯浓度3.5%，工作面瓦斯浓度0.01%。矿领导了解到该地点情况后，研究采取的主要措施是立即停止该工作面掘进，由通风队进行现场观测，取样化验分析，地测科详查该区域地质资料及临近矿井采空区情况。

3 观测与分析措施

3.1 经现场观测发现，孔内气体向外排，气体外排压力为前进右帮孔294mmH20，使用光学瓦斯鉴定器测定孔内气体3.5%，氧气浓度为0%。有老空区气味。瓦斯便携检测无浓度。根据现场对探放水钻孔观测结果，初步认定为：⑴探孔打通了老采空区，老空区与相邻矿井存在自燃发火的采空区连通，向采空区注氮气引起钻孔气体高压排放现象。⑵特殊地质条件造成存在溶洞，积存大量气体、打钻过程中造成带压气体释放。

3.2 该区域地质及临近矿井采空区情况。该掘进工作面煤层及顶底板都非常正常，无任何变化，原始地质资料也无特殊地质构造。详查周边临近矿井，均无越界开采现象，不存在废旧老空区。

3.3 研究决定下一步措施如下：

3.3.1 将该工作面情况向集团分公司及当地上级主管部门汇报；

3.3.2 由综掘队继续向工作面前方及巷道两侧施工探孔，进行泄压释放，继续观测相关涌出气体参数，并取样化验分析，探孔覆盖工作面前方及巷帮两侧。各探孔施工参数情况如下表：钻孔布置形式同探放水钻孔，并在工作面后5-6米范围向巷帮两侧施工钻孔。计补打6个钻孔；

3.3.3 通风队安排专人现场跟班，负责施工钻孔全过程的气体检查。瓦斯检查员对每个钻孔取样。现场检查各项气体浓度为：氧气2%、一氧化碳0%、二氧化碳0.1%、瓦斯3.2%、硫化氢0%，温度12，孔内向外排气。通过现场检测观测检查，发现孔内气体压力成衰减下降趋势，且下降较快，大约20mmH20/小时，10小时后钻孔压力均降到10mmH20以下。

3.3.4 通风队负责对取样进行分析，具体分析情况见下表：

通道 测点位置CH4(%)CO（PPM）CO2(%)O2(%)N2(%) 时间1 1# 0.01 0 0.07 1.7 98.22 2011-05-13-10:27 2 2# 0.03 0 0.06 0.3 99.88 2011-05-13-10:47 3 3# 0.03 0 0.07 0.2 99.88 2011-05-14-10:07 4 4# 0.02 0 0.06 1 98.98 2011-05-14-9:10 5 5# 0.01 0 0.07 1.5 98.97 2011-05-14-9:27 6 6# 0.01 0 0.07 0 99.82 2011-05-15-9:47

3.3.5 高压气体涌出的综合判断分析：钻孔内气体主要为氮气，施工钻孔过程中，钻孔全程为坚硬质地煤，无塌孔现象，钻孔返水正常且未透异常空间空顶现象，可以排除遇地质溶洞现象；同时相临矿井无越界开采，不存在废旧老空区，钻孔压力衰减较快，气体无补给，可以排除遇老采空区情况。最后分析判断为：该区域含煤地层为侏罗纪中下统延安组，该地层为河流平原相沉积，属瓦斯分带的氮气带，成煤时积特殊存了大量氮气。施工钻孔时造成大量氮气的释放涌出。理研与便携和化验结果的误差的假象原因为：氮气浓度高、压力大、温度低等条件造成了光学瓦斯鉴定器测量错误显现瓦斯在3.5%左右。该地层含丰富有机物化石，在钻孔或掘进过程中破碎造成有机物腐蚀的采空区特有气味出现。

3.3.6 根据分析结果，经矿研究决定在采取必要措施情况下可以继续掘进。具体措施如下：

（1）为防止工作掘进揭露煤体再有大量高浓度氮气突然涌出，在工作面后50米建一道临时板闭，只留皮带侧出货空间，行人侧留行人小门，运顺拉门口备好封闭材料，一旦工作面掘进有大量氮气涌出，人员立即佩戴自救器撤出，同时关上临时板闭小门。

(2)掘进前在工作面施工好超前释放探孔，保证在释放钻孔保护下掘进，钻孔在工作面左、中、右布置，距底板1.2米，左右两侧钻孔各向外侧水平45度倾斜，倾角均为向上3度，长度均为30米。掘进留5米超前距离。

(3)通风队瓦斯检查员现场跟踪施工钻孔情况。检查孔内及环境中气体压力、浓度、温度情况，检查好工作面风量和气体情况。

（4）加强局部通风管理，保证工作面足够风量稀释钻孔内释放的气体。

(5)放慢掘进循环速度，保证孔内气体释放，保证施工人员安全。

该区域掘进100米后，上述特殊情况消失，恢复正常掘进。

4 经验总结

掘进工作面掘进必须查明详细地质资料，查明相关临近区域采空区情况。在井田边界及复杂区域设计和施工时，必须做到“先探后掘”，探明水文地质资料情况下方可掘进。地质测量部门及时对掘进工作面地质情况进行测量和报告，制定相应安全措施。完善地质测量检测手段，采取新方法如物探、超声波探测方法，丰富检测手段。加强局部通风管理，特别是长距离通风必须使用大功率局部通风机和大直径风筒，做好风筒维护，并做到双风机双电源，实现自动切换，确保遇特殊地质构造时能及时排放有毒有害气体，保证安全。

[1] 张有权.煤矿掘进机常见故障分析及处理方法，2012-04-15.

[2] 陈明. 煤矿掘进作业方式分析，2012-06-08.