綜采工作面回風(fēng)隅角低氧原因分析及防治探究

李小飛 神東煤炭集團(tuán)錦界煤礦管理處

綜采工作面在回采過程中形成的采空區(qū)內(nèi)會(huì)積聚多種有毒有害氣體，如二氧化氮、一氧化碳、氮?dú)狻⒓淄?、硫化氫等，給整個(gè)綜采工作面的“一通三防”管理工作帶來潛在的安全隱患。同時(shí)，在回采過程中采空區(qū)內(nèi)的有毒有害氣體會(huì)涌出到綜采工作面及回風(fēng)隅角，短時(shí)間內(nèi)呈現(xiàn)出不均衡態(tài)勢，就會(huì)導(dǎo)致綜采工作面機(jī)尾及回風(fēng)隅角出現(xiàn)低氧現(xiàn)象。在此情況下，如果開采人員長期處于低氧狀態(tài)，體能迅速下降，身體就會(huì)出現(xiàn)不良反應(yīng),甚至缺氧窒息，嚴(yán)重威脅作業(yè)人員生命安全。

一、工作面分析

神東煤炭集團(tuán)錦界煤礦31212綜采工作面采用綜合機(jī)械化后退式開采方式，全工作面設(shè)置189臺(tái)液壓支架，采用“一次采全高”“全部垮落法”來管理板頂。設(shè)計(jì)工作面的風(fēng)量為1239m3/min。工作面沙層厚度6.17-47.47m，切眼和回撤通道附近較厚，厚度40m左右，工作面中部變薄，厚度10m左右。土層厚約0-31m，切眼和回撤通道區(qū)域部分地段土層缺失，總體趨勢為41-58聯(lián)巷較厚，大致為20m左右，其余地段均較薄，一般10m左右。直羅組風(fēng)化基巖厚度10-50m，工作面中部最厚約50m，其余地段多數(shù)在30-40m，切眼最薄約10m左右，整體厚度較大。正常基巖厚度一般30m左右，回撤通道至25聯(lián)巷附近正?；鶐r厚度35m左右。煤層厚度較穩(wěn)定，平均厚3.16m。地層傾向北西，傾角1°左右，整體呈寬緩的單斜構(gòu)造，局部出現(xiàn)波狀起伏。巷道底板最高處位于31212運(yùn)順16聯(lián)巷附近（1109.13m），最低處位于31212回順切眼附近（1088.27m），總體東高西低，南高北低。工作面整體為正坡推進(jìn)，局部負(fù)坡。工作面局部發(fā)育小型沖刷，無斷裂構(gòu)造和巖漿巖體，總體構(gòu)造簡單。

二、低氧區(qū)域以及導(dǎo)致低氧的氣體涌出來源

（一）低氧區(qū)域

綜采工作面回采過程中，常出現(xiàn)低氧區(qū)域有以下3種情況。

1.工作面低氧

由于工作面在回采過程中還會(huì)受到采煤工藝、巖層巖性、煤礦質(zhì)量等影響，在工作面劃分線外區(qū)域也會(huì)存在大量遺留煤炭，隨著堆積累計(jì)，煤炭會(huì)存在較大吸氧量。在采空區(qū)內(nèi)部蓄熱環(huán)境較好的條件下也會(huì)發(fā)生低溫氧化，無法避免遺留煤炭吸附和吸收氧氣，因此會(huì)造成采空區(qū)壓力上升，造成低氧環(huán)境。

2.回風(fēng)隅角低氧

在綜采工作面中，回風(fēng)隅角低氧現(xiàn)象和甲烷積聚情形相似，但是在實(shí)際空間排列和位置上出現(xiàn)很大差異。由于甲烷密度小于空氣密閉，甲烷一般在回風(fēng)隅角靠近頂板的區(qū)域濃度較高，且在中下部甲烷濃度為正常值。而氧氣密度與空氣密度基本一致，在空間上分布較均勻，綜采工作面回風(fēng)隅角低氧狀態(tài)較為均衡，從整個(gè)頂板到底板范圍內(nèi)的氧氣濃度都處于低濃度范圍。

3.機(jī)尾低氧

當(dāng)采煤機(jī)回采機(jī)尾三角煤時(shí)，因采煤機(jī)造成機(jī)尾處通風(fēng)斷面減小，引起機(jī)尾處風(fēng)壓過大，將機(jī)尾支架后采空區(qū)內(nèi)有毒有害氣體抽出，稀釋了機(jī)尾氧氣濃度，造成機(jī)尾氧氣濃度降低。此情況形成的低氧區(qū)域帶一般為4m-10m。當(dāng)機(jī)尾出現(xiàn)低氧現(xiàn)象時(shí)，回風(fēng)隅角一般也會(huì)出現(xiàn)低氧，其他區(qū)域氧氣濃度基本維持在18.0%以上。

錦界煤礦31212綜采工作面一般存在回風(fēng)隅角低氧現(xiàn)象，偶爾出現(xiàn)機(jī)尾低氧問題。

（二）導(dǎo)致低氧的氣體涌出來源分析

根據(jù)該地域的煤礦生產(chǎn)地質(zhì)情況可知，錦界煤礦甲烷含量較低，瓦斯成分中含有大量氮?dú)?，其中夾雜部分二氧化碳，整體屬于二氧化碳和氮?dú)饨Y(jié)合體。在回采過程中，氮?dú)獬蔀榫C采工作面回風(fēng)隅角低氧的主要原因，影響著整個(gè)區(qū)域的氧氣濃度。

由于采煤工藝以及相關(guān)頂?shù)装鍘r層特性、煤礦等多因素影響，采空區(qū)內(nèi)部遺留的煤會(huì)吸附和消耗氧氣，促使內(nèi)部采空區(qū)的壓力上升，形成大量的有害氣體涌向工作面回風(fēng)隅角，造成低氧環(huán)境，威脅作業(yè)人員生命安全。

三、工作面回風(fēng)隅角低氧現(xiàn)象分析

（一）裂縫漏氣

錦界煤礦31煤煤層為淺埋深煤層，且遠(yuǎn)近距離都被煤礦層群覆蓋，在工作面回采過程中，煤巖層會(huì)發(fā)生垮落下沉現(xiàn)象，形成采動(dòng)裂隙。此時(shí)，存在部分裂隙發(fā)育并延伸到地表，為氣體流通制造了通道。由于地表的裂縫和煤層的工作面采空區(qū)直接相連，容易出現(xiàn)采空區(qū)漏風(fēng)現(xiàn)象。若此時(shí)沒有及時(shí)回填地表裂隙，在“壓強(qiáng)”環(huán)境作用下，地面空氣會(huì)大量涌入采空區(qū)，造成過大壓力，此時(shí)采空區(qū)內(nèi)的有毒有害氣體涌向工作面回風(fēng)隅角，直接導(dǎo)致工作面回風(fēng)隅角出現(xiàn)低氧現(xiàn)象。

（二）頂板影響

在掘進(jìn)巷道時(shí)，對巷道頂板采用的是“錨桿+錨索”的支護(hù)方式，整體的支護(hù)強(qiáng)度較高。再加上機(jī)尾煤柱的支撐，形成采空區(qū)后，采空區(qū)內(nèi)的三角區(qū)頂板較為完善且穩(wěn)定，不能及時(shí)垮落，導(dǎo)致整個(gè)采空區(qū)的懸頂面積較大，形成較大空間而積聚大量有毒有害氣體。當(dāng)涌向工作面回風(fēng)隅角時(shí)，對氧氣起到稀釋作用，從而導(dǎo)致氧氣濃度達(dá)不到規(guī)定要求。

（三）臨近采空區(qū)影響

由于綜采工作面鄰近采空區(qū)的聯(lián)巷密閉數(shù)量較多，且聯(lián)巷密閉都是以磚和混凝土材料為主，受采動(dòng)影響和礦壓作用下，被壓裂或者出現(xiàn)垮塌現(xiàn)象。鄰近采空區(qū)內(nèi)的有毒有害氣體在通風(fēng)負(fù)壓的作用下涌出到工作面回風(fēng)隅角，造成綜采工作面回風(fēng)隅角氧氣濃度低于18.0%。

四、相關(guān)防治建議

（一）優(yōu)化掘進(jìn)工藝

在巷道掘進(jìn)過程中，將聯(lián)巷間距進(jìn)行調(diào)整，讓其由50m調(diào)整為70m，通過改進(jìn)巷道掘進(jìn)工藝，每個(gè)順槽少掘進(jìn)聯(lián)巷24個(gè)，減少密閉施工24處，消除了24個(gè)漏風(fēng)地點(diǎn)，該方式能夠有效降低與采空區(qū)相連聯(lián)巷漏風(fēng)現(xiàn)象。同時(shí)，在采煤機(jī)割煤時(shí)候采取沿頂接底的割煤方式，以提升回采率。

（二）做好采空區(qū)密閉質(zhì)量管理

由于原采空區(qū)封閉材料為“0.37m磚墻+1m混凝土”的封閉模式，存在氣體滲漏現(xiàn)象，現(xiàn)改造與采空區(qū)相連聯(lián)巷密閉封閉模式，使用“0.5m磚墻+1m混凝土+1m黃土+0.75磚墻+高分子”材料。并加強(qiáng)整個(gè)與采空區(qū)相連的密閉面噴漿處理，要求噴漿厚度不少于5cm，以此增加采空區(qū)相連密閉質(zhì)量。通過改建分析可知，這種封閉模式能增強(qiáng)整個(gè)采空區(qū)相連密閉厚度和密閉質(zhì)量，減少了臨近采空區(qū)漏風(fēng)，工作面回風(fēng)隅角氧氣濃度有明顯改善。

（三）在工作面回風(fēng)隅角放置沙袋

若綜采工作面回風(fēng)隅角采空區(qū)懸頂超過切頂線6m，此時(shí)需要在工作面回風(fēng)隅角處垛沙袋，以填堵相關(guān)采空區(qū)漏風(fēng)。若錨索之間存在無法退錨的點(diǎn)，就需要在錨索周圍進(jìn)行“掏槽”處理，這樣能夠釋放錨索應(yīng)力，有利于讓頂板及時(shí)垮落。

（四）在回風(fēng)隅角處吊掛風(fēng)簾

隨著工作面的不斷推進(jìn)，作業(yè)人員可在回風(fēng)隅角處吊掛擋風(fēng)簾，這種方式能夠減少采空區(qū)的漏風(fēng)量，也能在相應(yīng)的位置實(shí)行增阻措施。在機(jī)尾過渡架處吊掛導(dǎo)風(fēng)簾，從而引導(dǎo)新鮮風(fēng)流從回風(fēng)隅角經(jīng)過，起到稀釋有毒有害氣體的作用。擋風(fēng)簾、導(dǎo)風(fēng)簾的正確應(yīng)用，能夠有效的提高回風(fēng)隅角的氧氣濃度。

（五）要及時(shí)回填采空區(qū)裂隙

在工作面回采過程中，很容易導(dǎo)致地表與采空區(qū)連通。因?yàn)楦矌r垮落破斷形成的采動(dòng)裂隙會(huì)直達(dá)地表，此時(shí)受到氣壓影響，導(dǎo)致采空區(qū)內(nèi)有毒有害氣體涌出。按照規(guī)定回填進(jìn)度不能滯后工作面100m，且已經(jīng)回填的地表還可能會(huì)受到重復(fù)采動(dòng)、水沖刷等影響，易誘發(fā)二次坍塌，定期對采空區(qū)地面塌陷情況進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)新生裂縫或其他問題時(shí)，進(jìn)行二次回填工作，減少采空區(qū)漏風(fēng)。

（六）加強(qiáng)監(jiān)測分析

針對回風(fēng)隅角、工作面風(fēng)流以及回風(fēng)巷等氧氣濃度控制，通風(fēng)管理人員要加強(qiáng)對回風(fēng)隅角周邊檢測。在綜采工作面回風(fēng)隅角安置“便攜式氧氣報(bào)警儀”、“氧氣傳感器”。同時(shí)在工作面回風(fēng)隅角前設(shè)置警示牌，以提醒工作面人員嚴(yán)禁入內(nèi)和減少停留。

每月對綜采工作面回風(fēng)隅角氣體變化情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，確定回風(fēng)隅角氧氣濃度變低與地面溫度、濕度和氣壓變化的關(guān)系，及時(shí)采取相對應(yīng)的措施。

通過采取以上方式，有效對工作面機(jī)尾、過渡支架處、工作面回風(fēng)隅角等特殊區(qū)域進(jìn)行了氧氣濃度控制，氧氣濃度都能提升在18.0%以上，這為安全回采奠定了基礎(chǔ)，提供了保障。

五、綜合評估分析

導(dǎo)致錦界煤礦31212綜采工作面低氧主要原因是由于采空區(qū)氣體涌出，出現(xiàn)低氧現(xiàn)象。次而，采空區(qū)內(nèi)部遺留的大量煤炭對氧氣吸收氧化，也會(huì)形成高氮低氧環(huán)境。

1.根據(jù)地面觀測大氣壓、溫度等參數(shù)，可知地表和工作面之間的裂隙受大氣壓變化影響，進(jìn)而影響整個(gè)回風(fēng)隅角的氧氣濃度，需要及時(shí)回填采空區(qū)裂隙。

2.由于工作面鄰近采空區(qū)的聯(lián)巷密閉漏風(fēng)，采空區(qū)有毒有害氣體會(huì)通過聯(lián)巷密閉裂縫涌向回風(fēng)隅角，同時(shí)巷道頂板退錨反應(yīng)不及時(shí)，造成采空區(qū)懸空面積較大進(jìn)而影響氧氣濃度。

3.在回采過程中，沿頂沿地，減少相關(guān)遺留煤炭，在工作面回風(fēng)隅角垛沙袋墻處理，并在進(jìn)回風(fēng)隅角處吊掛擋風(fēng)簾，提高采空區(qū)相連聯(lián)巷密閉的施工質(zhì)量，進(jìn)而減少采空區(qū)氣體向工作面回風(fēng)隅角涌出。

4.加強(qiáng)對整個(gè)監(jiān)測體系的監(jiān)督和防治，依據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)及時(shí)采取相對應(yīng)的措施，確保工作面回風(fēng)隅角氧氣濃度在正常范圍之內(nèi)，為安全生產(chǎn)提供保障。

六、結(jié)語

綜上所述，影響綜采工作面回風(fēng)隅角氧氣濃度因素較多。而低氧環(huán)境，嚴(yán)重威脅著采煤工作人員的生命安全。以此，結(jié)合相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，對綜采工作面回風(fēng)隅角低氧原因、影響因素進(jìn)行分析，并提出了相關(guān)防治建議，希望能夠?yàn)槊旱V企業(yè)安全生產(chǎn)提供參考借鑒。