煤矿采掘工作面瓦斯涌出不均衡系数研究

文／赵铁桥 湖南安全技术职业学院尹红球 湖南省洪山殿矿业公司陈小辉 湖南省白山坪矿业公司

煤矿采掘工作面瓦斯涌出不均衡系数研究

文／赵铁桥 湖南安全技术职业学院尹红球 湖南省洪山殿矿业公司陈小辉 湖南省白山坪矿业公司

本文根据湖南煤矿开采技术条件，利用煤矿安全监控系统连续监测和传统人工检测相结合，选择具有代表性的不同瓦斯等级矿井，进行采掘工作面瓦斯涌出不均衡系数的研究。提出在湖南煤矿开采技术条件和现有检测技术条件下的采掘工作面瓦斯涌出不均衡系数，揭示出煤矿瓦斯涌出的复杂性和传统人工检测方法在采掘工作面瓦斯涌出规律研究中的局限性，启示人们在矿井瓦斯灾害预防与控制方面应采取新的更可靠的对策措施。

湖南煤矿开采技术条件复杂，自然灾害严重，其中瓦斯事故次数及其死亡人数分别占到全省煤矿事故总次数和总人数的40%。煤层赋存条件差，与华北、东北、西南以及中原地区有很大差异，因此加强湖南煤矿瓦斯基础工作研究，及时测定煤层瓦斯参数，掌握煤层瓦斯涌出规律，对指导矿井通风设计和现场通风技术管理，有效防治煤矿瓦斯事故，改善煤矿安全生产条件十分必要。为此，由湖南安全技术职业学院和湖南黑金时代有限公司共同开展了《湖南煤矿采掘工作面瓦斯涌出不均衡系数的研究》项目研究，并选择在有代表性的洪山殿矿业公司蛇形山煤矿和白山坪矿业公司龙塘煤矿进行。

矿井概况

◎蛇形山井基本情况

蛇形山矿隶属湘煤集团洪山殿矿业有限公司，位于湖南省双峰县蛇形山镇，东西走向长约4.3km，南北宽1.6km，矿区面积6.9km2。该矿于1958年建井，1967年投产，设计生产能力30万吨/年，核定生产能力18万吨/年，实际生产能力13～15万吨/年。煤系地层为上二迭纪龙潭组煤系，共含煤六层，自上而下分别命名为1煤、2煤、3煤、3中煤、4煤和5煤。其中4煤为主采煤层，1煤、3煤为局部可采煤层。倾角一般在25～50°，东缓西陡。矿井开拓方式为立井-暗斜井开拓。现开采-300水平，有19、23、22、22W共4个采区生产。矿井“五大自然灾害”（瓦斯、煤尘、水、火和顶板灾害）俱全，尤以煤与瓦斯突出灾害严重。2010年《矿井瓦斯等级鉴定》矿井相对瓦斯涌出量为103.27m3/t，绝对瓦斯涌出量为23.65m3/min。矿井通风方式为混合式，矿井有4个进风井和3个回风井。全矿总排风量为5100m3/min，能满足生产要求。

◎龙塘矿井基本情况

龙塘煤矿隶属湖南省煤业集团有限公司白山坪矿业有限公司，位于耒阳市龙塘乡、竹市乡、南阳镇的交界处。井田走向长3.3km，倾向长度1.58km，面积5.21km2。矿井于1966年建井，1971年1月投产，矿井设计能力为22万吨/年，核定能力为12万吨/年。采用斜井加集中底板运输巷开拓，倾斜分层走向长壁采煤法。现开采第二水平（-300m），主要生产采区为206、376采区。矿井为混合式通风方式。2010年瓦斯鉴定结果：瓦斯绝对涌出量为2.71m3/min，相对涌出量为15.93m3/t，为高瓦斯矿井。矿井为混合抽出式通风方式，主井进风、副井和南风井回风；副井、南风井风机均采用双回路供电。目前，南风井负压为1450Pa，排风量为864m3/min，副井负压为1150Pa，排风量为1210m3/min。

研究地点的确定

蛇形山井现有采掘工作面13个，本次研究选择在煤矿2344内机巷、22W43风巷煤巷掘进工作面和2344、1914采煤工作面进行；龙塘井现有采掘工作在面5个，本次研究选择在2062、3765掘进工作面和2065采煤工作面进行。

◎采掘工作面瓦斯涌出量测定

一、采掘工作面测点布置

采掘工作面测点布置如图1和图2所示。

二、测定内容与技术要求

1、测量内容

①人工测量各测点断面、风量；

②人工测量各测点在打眼、爆破、装运煤、支护和采空区处理不同工序条件下的CH4浓度和工作面煤层厚度、倾角和地质变化等情况。

③人工记录各测点在打眼、爆破、装运煤、支护不同工序条件下的甲烷传感器CH4浓度。

④监控系统各测点传感器CH4检测数据，按系统设置，每5分钟自动记录1次，每24小时打印一次数据。每24小时打印一次数据。井下各采掘工作面分别安装瓦斯传感器、温度传感器、风速传感器、一氧化碳传感器等，传感器安装位置、数量符合规定，并实行连续不间断监控。

2、技术要求

①人工测量各测点CH4浓度时，在同一工序条件下每30分钟测定1次，每次测量3个数据取平均值。

②测点传感器CH4浓度按人工测量次序记录在规定的表中。

③测量在所测地点风流中进行：有支架巷道—离支架50mm的风流；裸体或锚喷支护巷道—离巷壁200mm的风流。

④人工检测瓦斯数据时，必须以光学瓦斯瓦检定器为主，辅之以便携式瓦斯检测报警仪和瓦斯传感器数据进行校验。

⑤检测周期：人工测定时间计划20天，但不少于连续9个小班，监控系统测定时间不少于1个月。每天分3班进行，检测数据精确到小数点后两位数。

⑥必须按规定的瓦斯检测地点、检测方法、检测次数检测瓦斯，并及时将检测数据填写到记录表格。确认数据完整，数据误差（包括人工检测和甲烷传感器的数据检测误差）不得超过5%的。

⑦瓦斯检测人员必须对使用的仪器仪表认真检查，保证其使用正常，测量数据准确。对检测地点的传感器悬挂和运行情况，必须高度关注，一旦出现异常，必须及时处理或报告。矿井监控系统人员必须确保项目实施期间监控系统的正常运行。

⑧测定人员必须记录被测采掘工作面的作业情况，包括正常、不正常或停止作业情况、停止作业起止时间、停止作业原因等。

⑨测点风量的测量，可由矿井通风技术员或专职测风员测量。各测点断面积和风量，须随采掘工作面推进所引起的测点位置的变动做相应的测量。要注意并记录采掘工作面通风设施使用情况、风量变化情况，并及时向矿总工程师汇报。

⑩检测人员要将当班检测的数据和情况按要求及时记录、汇总。对检测数据中出现的异常情况，必须提出分析和处理意见，并及时报告项目负责人。

◎采掘工作面瓦斯涌出不均衡系数计算

通过利用煤矿安全监控系统对蛇形山井和龙塘井采掘工作面风量和风流中瓦斯浓度进行实时连续监测，并辅以人工现场测量，从而获得了大量的数据。并对所获数据进行科学的统计分析，确定了采掘工作面瓦斯涌出不均衡系数，如表3所示。

研究成果为蛇形山煤矿和龙塘煤矿采掘工作面合理配风和指导矿井灾害防治提供了科学依据，在同类矿井中具有推广应用的价值。

表3 各测定采掘工作面瓦斯涌出不均衡系数

必须指出的是，利用煤矿安全监控系统对蛇形山煤矿、龙塘采掘工作面瓦斯涌出情况实时监测，并将所获得的大量数据进行整理计算，得出龙塘煤矿采掘工作面瓦斯涌出不均衡系数K值中个别值达2.78，蛇形山煤矿采掘工作面瓦斯涌出不均衡系数K值中有小部分数据偏大，最大达6.39，都超过了现行矿井通风设计中所推荐的采掘工作面瓦斯涌出不均衡系数最大K值。这是本次研究对工作面瓦斯涌出不均衡系数K值所获得的新的结果。这一结果揭示出煤矿瓦斯涌出的复杂性，预示对传统的工作面瓦斯涌出不均衡系数K值选取的挑战，以及安全监控系统在煤矿安全生产中不可替代的作用，同时也启示人们在矿井瓦斯灾害预防与控制方面应采取新的更可靠的对策措施。

□责任编辑 董 宇