近距离自燃煤层回采工作面合理通风研究

邓照玉

(1.中煤科工集团重庆研究院有限公司, 重庆 400037； 2.国家煤矿安全技术工程研究中心， 重庆 400037)

1 前言

随着开采不断推进，浅部煤炭资源逐渐枯竭，矿井也逐渐向深部开采，面临的瓦斯、火、水、地温、地质构造等灾害更为明显[1-2]。山西某矿井下开采3、6、9、11及15号煤层，煤层赋存属于近距离煤层群，浅部的3号、6号资源已开采完毕，现正回采11号煤层。由于矿井为近距离煤层群开采，受到上覆煤层开采影响，煤岩体较为破碎，给煤层自燃提供了良好的蓄氧、蓄温条件，加之采深增加，煤层瓦斯含量、工作面瓦斯涌出量等显著增大。矿井211203回采工作面开采11号煤层，位于6号煤层采空区下，临近的211201采面曾受到6号煤层采空区煤层自燃产生的CO入侵。因此，矿井需要综合分析确定适合自身的情况的回采工作面通风方式。

2 工作面概况

211203回采工作面开采11号煤层，煤层赋存较为稳定，厚度2.32～6.23m，平均厚度4.6m，倾角5°～9°，平均7°，瓦斯含量10.7m3/t，煤层具有自燃发火性。211203工作面原设计走向长度1 580m，开切眼位于上覆6号煤层实体煤下，设计倾向长度180m。将开切眼布置在6号煤层下，煤炭开采会受到上覆6号煤层压力影响，且给瓦斯治理增加难度，综合分析后，将211203采走向长度缩短至1 260m，将新开切眼布置在与距离6号煤层投影距离为30m，具体的211203工作面与临近煤层间关系如图1所示。

图1 211203工作面与临近煤层间关系

3 工作面瓦斯治理措施

3.1 工作面瓦斯抽采钻孔布置

受到上覆6号煤层开采影响，11号煤层透气性得到显著提高。211203工作面采用顺层钻孔对瓦斯进行抽采，原设计抽采范围为工作面0～1 580m，后由于工作面布置调整，新开切眼前移320m，具体的瓦斯抽采钻孔布置：在工作面0～1 200m范围内，从运输巷向回风巷施工顺层长钻孔，每隔10m布置一个钻场，每个钻场布置3个钻孔，钻孔孔径为94mm，倾角5°左右，共施工钻孔长度为24 680m；在工作面1 200～1 580m范围内施工瓦斯抽采钻孔孔径为94mm，倾角6°左右，钻孔总长度在9 560m，由于在该区域内存在瓦斯抽采钻孔空白带，2017年6月施工30个补充钻孔，钻孔孔径设计为96mm，孔深设计为140m，钻孔间距为6m；施工走向钻孔16个，钻孔孔径为96mm，长度为235m，间距10m，累积钻孔工程量为3 760m，具体的回采工作面瓦斯抽采钻孔布置如图2所示。

图2 回采工作面瓦斯抽采钻孔布置示意图

3.2 瓦斯抽采效果分析

211203工作面开采的11号煤层原始瓦斯含量10.7m3/t，可解析瓦斯含量4.3m3/t，经过顺层钻孔抽采，工作面开采范围内残余瓦斯含量为5.6m3/t，根据工作面瓦斯含量测量结果，认为工作面采用的瓦斯治理措施有效，瓦斯抽采满足有关标准要求。

4 工作面通风方式选择

根据临近的211201、211202等工作面瓦斯治理、防灭火及通风经验，结合211203工作面实际巷道布置情况，工作面通风方式有负压通风、均压通风两种方式可以选择。

4.1 负压通风分析

根据施工探测钻孔数据以及临近的回采工作面生产经验，211203工作面生产期间，只要相关审批、安全技术措施到位，并按照有关规定生产，工作面生产过程中安全风险可以得到有效管控。211203工作面开采推进过程中，本工作面采空区防灭火措施以及临近6号煤层采空区防灭火措施必须到位，否则工作面在负压通风下，临近的6号煤层采空区有害气体就可能侵入到211203工作面，给工作面正常生产带来不利影响；211201、211202工作面采用负压通风期间的工作面漏风量测量数据分别为468m3/min、323m3/min，211203工作面采用负压通风仍会存在采空区漏风情况，造成上覆6号煤层采空区内遗煤及本采面采空区遗煤氧化、自燃。因此，工作面在生产初期通风方式可以采用负压通风，且应对采空区气体成分变化进行监测、测定工作面风量变化情况、采空区漏风量等。当监测到工作面漏风量在80m3/min以内，采空区、上隅角等气体成分监测结果符合有关安全规定时，可以采用负压通风方式进行生产。若采空区、上隅角等处气体成分发生显著变化，工作面漏风量显著增加，就必须及时采用均压通风技术方案。均压通风技术方案是否采用需要根据探测钻孔实测数据，工作面漏风，上隅角、采空区内气体成分变化情况综合确定，避免由于采空区漏风造成遗煤自燃或其他有害气体威胁作业人员生产安全情况发生[3-5]。

4.2 工作面均压通风可行性

(1)回采工作面通风方式选择需要根据矿井生产实际、行业有关规范、国家有关规程以及地方规定要求进行，根据临近的工作面通风方式、煤层自燃情况以及瓦斯、有害气体对工作面生产安全带来的影响，对211203工作面采用均压通风可行性进行分析。

依据《煤炭生产技术与装备政策导向》要求，井工矿井采用均压通风防灭火适用于小、中、大型矿井正常生产的回采工作面，同时需要准备调压风机、调压风窗，且保证设备处于完好状态[6-8]。按照上述要求，矿井采区有效措施后工作面均可采用均压通风技术。

(2)211203工作面与上覆6号煤层采空区平均间距在20m，开采的11号煤层平均倾角7°，依据临近的回采工作面推进速度、安全防范措施以及通风方式等措施，在211203工作面开采期间采用均压通风技术符合《煤矿安全规程》有关要求。为了预防6号煤层采空区内遗煤自然发火产生的有害气体给211203工作面生产带来威胁，在工作面生产过程中，应严格依据《煤矿安全规程》中关于火区管理、火灾防治有关要求，编制、落实相关制度，切实做好瓦斯、O2、CO等监测工作，布置监测束管，对采空区采区注N2、喷洒阻燃剂、灌浆等安全技术措施，并应确保工作面日均推进速度保持在3m以上，编制应急预案、均压通风专项方案，确保调压风窗、通风设备完好，上述措施顺利实施后，211203工作面可以考虑采用均压通风技术方案。

工作面采用均压通风需要较高的通风管理水平以及通风装备水平，管理人员需要及时掌握工作面附近各个巷道的风压、风量、风阻、漏风量、围岩完整性、裂隙发育以及上覆6号煤层采空区内遗煤自燃情况等数据。在工作面采用均压通风过程中会由于管理水平以及装备水平差异，可能会面临一些安全隐患，主要为：①采用均压通风时需要布置均压风窗、调压风机等各类通风设施，一旦工作面出现事故，会给人员撤退带来一定不利影响；②井下出现无计划停风，会给工作面通风系统稳定性带来不利影响，严重时甚至会出现风流逆转情况；③工作面采空区内部、外侧通风压差控制较为困难，会增加采空区漏风量，若长时间漏风会增加采空区遗煤自燃可能；④均压通风设施及辅助设备出现故障，都会影响工作面均压通风效果及正常生产；⑤临近密闭区以及采空区气压波动都会给211203工作面均压通风效果带来影响。

在211203工作面采用均压通风技术时，采空区内其他流向会发生一定变化，需要对临近的6号煤层采空区及密闭空间、临近采面采空区进行监测。若监测到6号煤层采空区、密闭内空间气体成分变化不明显，表明211203工作面采用均压通风采空区内变化影响范围未影响至6号煤层采空区；若监测到气体成分发生现在变化，则表明211203工作面均压通风采空区影响高度已经发到6号煤层采空区内，应及时对均压通风系统进行调整，避免211203工作面采空区与上覆6号煤层采空区联通。

综合分析，在211203工作面推进期间，采用均压通风技术满足有关规程、规范要求，但是在具体施工过程中应严格准守均压通风有要求，落实防灭火技术措施，消除均压通风过程中可能存在的安全隐患。

4.3 工作面通风效果分析

211203工作面生产通风采用负压通风为主、紧急情况下采用均压通风方式，可以有效对工作面上隅角瓦斯进行治理，且及时掌握工作面CO、CH4等有害气体涌出情况。工作面采用上述通风方式后，安全推进距离达到820m，且生产过程中未发现CO、CH4超限情况，有效保证了工作面生产安全。具体的工作面生产过程中推进进尺及上隅角瓦斯浓度变化情况如图3所示。

图3 工作面推进进尺及上隅角瓦斯浓度变化情况

4 结论

(1)211203工作面采用保护层开采、顺层钻孔等瓦斯治理方式，使得工作面在回采推进前瓦斯治理就满足消突、《抽采达标暂行规定》等要求，降低工作面生产推进期间的瓦斯涌出。在对瓦斯治理措施及治理效果进行分析后，根据井下探火钻孔实测数

据，提出211203工作面采用以负压通风为主，均压通风为辅的工作面通风方式。

(2)工作面采用以负压通风为主，均压通风为辅的工作面通风方式可以有效对回风巷上隅角瓦斯超限进行治理，避免采空区遗煤自燃对工作面生产影响，且通过监测系统实现对CO、CH4等有害气体涌出监测。采用上述通风方式后211203工作面安全推进820m，期间未出现CO、CH4等有害气体超限情况。