特厚煤層綜放面高溫?zé)岷Γㄔ矗┓治鲅芯?/h1>
2019-06-06 02:39:36孫珍平
山東煤炭科技 2019年5期
孫珍平
(1.煤科集團沈陽研究院有限公司，遼寧 撫順 113122；2.煤礦安全技術(shù)國家重點實驗室，遼寧 撫順 113122)
1 概況
同忻礦為同煤集團的標(biāo)桿礦井，生產(chǎn)能力為年產(chǎn)800萬t，主采3～5號煤層。8309工作面煤層厚度10.8～18.0m，平均厚度14.88m，煤層傾角為1～2°。8309面為同忻礦現(xiàn)階段主采面之一，位于井田西部、北三盤區(qū)的西南部，主采煤層為3～5號煤層，采用長壁后退式綜合機械化大采高放頂煤采煤法。工作面走向長度為2784m，傾向長度為200m，如圖1所示。
眾所周知，在井下高溫潮濕環(huán)境下工作，加大了工人勞動強度，降低了工作效率，并且甚至可能存在采空區(qū)自然發(fā)火和遺煤氧化的安全隱患。為了找出8309面高溫?zé)嵩春头乐共煽諈^(qū)自然發(fā)火等安全隱患，對8309工作面溫度進行了現(xiàn)場實測，在現(xiàn)場實測的基礎(chǔ)上結(jié)合地質(zhì)條件、工作面通風(fēng)情況、監(jiān)測監(jiān)控數(shù)據(jù)等對8309工作面高溫原因進行分析，并提出了有效改善高溫條件的建議。
圖1 8309工作面采掘平面圖
2 工作面高溫現(xiàn)狀分析
根據(jù)監(jiān)控數(shù)據(jù)，8309工作面自2018年2月開始上隅角溫度最高為34.5℃，平均溫度31℃。同煤分院技術(shù)人員進行實測，實測上隅角最高溫度為30.8℃，平均溫度29.4℃。
《煤礦安全規(guī)程》第三章“熱害防治”第六百五十五條規(guī)定：當(dāng)采掘工作面空氣溫度超過26℃、機電設(shè)備硐室超過30℃時，必須縮短超溫地點工作人員的工作時間；當(dāng)采掘工作面的空氣溫度超過30℃、機電設(shè)備硐室超過34℃時，必須停止作業(yè)。因此，判定8309工作面屬于熱害區(qū)。
3 高溫?zé)岷Γㄔ矗┯绊懸蛩胤治?/h2>
8309工作面高溫的影響因素主要有：地溫、火成巖入侵、供風(fēng)量、電氣設(shè)備、采空區(qū)遺煤氧化等?，F(xiàn)從火成巖、地溫、通風(fēng)狀況、采空區(qū)遺煤氧化等方面對工作面高溫?zé)岷Γㄔ矗┻M行分析。
3.1 火成巖侵入和地溫的影響
（1）從火成巖侵入分析
8309工作面煤層厚度10.8～18.0m，平均厚度14.88m，煤層厚度較穩(wěn)定。2309巷、5309巷分別從輔運大巷幫起算1527m、1625m位置有一條火成巖，呈巖墻形式侵入，寬0.3m。同煤分院技術(shù)人員7月28日對進風(fēng)巷火成巖侵入?yún)^(qū)域進行了現(xiàn)場查驗，查驗結(jié)果為：火成巖入侵區(qū)域前后煤壁不存在異常干燥現(xiàn)象，煤壁溫度并未存在突變高溫點。因此，從直觀查驗的情況來看可以排除火成巖對巷道空氣的快速升溫。
（2）從井下地溫分析
根據(jù)礦井地質(zhì)報告和工作面開采說明書，8309工作面區(qū)域內(nèi)地溫較高，目前探測8309面最高地溫為29.3℃。通過井下實測，工作面最高溫度為30.8℃，比較看出，地溫是8309面高溫?zé)岷Φ闹饕颉?/p>
3.2 通風(fēng)狀況的影響
（1）從通風(fēng)系統(tǒng)上分析
8309綜放工作面現(xiàn)采用全負壓通風(fēng)系統(tǒng)，即：一進兩回“U+I”型的通風(fēng)方式，即進風(fēng)順槽、回風(fēng)順槽和頂抽巷，進風(fēng)順槽、回風(fēng)順槽均沿3～5號煤層底板布置，頂抽巷與回風(fēng)順槽內(nèi)錯20m。走向長度2843m，傾向長度210m，設(shè)計配風(fēng)量為2560m3/min。
8309工作面現(xiàn)回采至650m，在回采過程中工作面風(fēng)量的變化如圖2所示。
從圖2可以看出，8309工作面在回采過程中，進風(fēng)量維持在3000m3/min左右，回風(fēng)量維持在2300m3/min左右。根據(jù)以往工作面生產(chǎn)經(jīng)驗，滿足工作面通風(fēng)要求，因此供風(fēng)量并非造成8309工作面高溫的主要原因。
圖2 工作面回采過程中風(fēng)量變化圖
（2）從通風(fēng)線路和距離分析
由于8309面的順槽巷長為2843m，通風(fēng)距離較長，通過計算，從進風(fēng)井至工作面整個通風(fēng)距離為3800m，對8309面通風(fēng)路線的風(fēng)流溫度進行了測試，副平硐新鮮風(fēng)流的溫度為24.9℃，經(jīng)過長距離通風(fēng)后，到達8309面上隅角時，風(fēng)流溫度達到了29.7℃。由此可以分析得出，地表空氣溫度直接影響礦內(nèi)進風(fēng)巷的溫度，由于進風(fēng)距離比較長，通風(fēng)壓縮熱等，致使進風(fēng)巷的溫度23.8～24℃。
與此同時，為了進一步確定長距離通風(fēng)對工作面溫度的影響，又在8201面進行測試與驗證，如表1所示。通過對比，得出了長距離通風(fēng)對風(fēng)流溫度影響較大，增加幅度為0.8℃。
表1 8309綜放面與8201綜放面進、回風(fēng)溫度對比表
3.3 生產(chǎn)狀況對工作面溫度的影響
根據(jù)對8309工作面自回采開始上隅角溫度與日推進度的數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計，并將兩者的變化趨勢繪制如圖3所示。
從圖3可以看出：
（1）在2017年12月10日～2018年1月18日工作面停產(chǎn)期間，上隅角溫度逐漸下降，并維持在20℃左右，工作面恢復(fù)生產(chǎn)時，上隅角溫度急劇上升至31℃左右，溫度變化幅度11℃。
（2）在1月30日～2月4日、2月22日～2月27日、3月11日～3月18日停產(chǎn)期間，上隅角溫度均急劇下降，恢復(fù)生產(chǎn)后又急劇上升，溫度變化幅度4℃～7℃。
（3）上隅角溫度隨工作面推進速度的增大而急劇增大。
綜上所述，生產(chǎn)強度對工作面溫度影響較大，對工作面氣體升溫幅度為4℃～11℃。
圖3 8309工作面上隅角溫度與日推進度關(guān)系圖
3.4 遺煤氧化對工作面溫度的影響
為了判斷采空區(qū)遺煤氧化為對工作面溫度造成的影響，對8309工作面自回采以來上隅角CO濃度、束管取樣中CO濃度進行統(tǒng)計，如圖4、圖5所示。
圖4 上隅角平均CO濃度與日推進度趨勢
圖5 8309束管CO檢測濃度隨埋深變化趨勢圖
從圖4可以看出：
（1）在2017年12月10日～2018年1月18日工作面停產(chǎn)期間，上隅角CO濃度基本為零，恢復(fù)生產(chǎn)后，急劇上升。
（2）在1月30日～2月4日、2月22日～2月27日、3月11日～3月18日停產(chǎn)期間，上隅角CO濃度呈逐漸下降趨勢。
（3）從整體來看，上隅角平均CO濃度隨回采強度增大而增大，存在一定的滯后性。
從圖5可以看出：
（1）2017年12月16日～2018年1月20日期間，束管埋進采空區(qū)53m。在此期間CO濃度均呈逐漸下降趨勢，CO濃度從90ppm下降至5ppm。
（2）1月20日～4月5日期間，束管埋入采空區(qū)135m。在此期間，CO濃度基本保持穩(wěn)定，CO濃度穩(wěn)定在30ppm～40ppm之間。
（3）在4月5日～6月4日期間，束管埋進采空區(qū)93m。在束管深入采空區(qū)后，CO濃度突變至50ppm左右并在50ppm左右波動。
（4）在6月4日～7月29日期間，CO濃度表現(xiàn)為隨埋入深度增大而下降的趨勢，并未存在緩慢增大的規(guī)律。束管埋入采空區(qū)6m時，CO濃度突然升至120ppm，隨后逐漸下降至60ppm。
按照工作面目前的推進速度（2.5m/d～4.5m/d），采空區(qū)任一位置處的遺煤處于氧化帶的時間少于最短自然發(fā)火期（84d），因此，判斷采空區(qū)遺煤雖存在氧化現(xiàn)象但發(fā)火的可能性較小。CO濃度突然升高到120ppm的主要原因為：工作面上覆巖層垮落，上部侏羅系老空區(qū)氣體突然下泄。根據(jù)對圖3～圖4檢測監(jiān)控數(shù)據(jù)的分析，可以判斷出：采空區(qū)遺煤雖存在氧化現(xiàn)象，但工作面正常推進（2.5m/d～4.5m/d）時，發(fā)火的可能性較小。
4 結(jié)論與建議
4.1 主要結(jié)論
（1）8309工作面最高地溫為29.3℃。通過井下實測，工作面最高溫度為30.8℃，比較看出，地溫是8309工作面高溫?zé)岷Φ闹饕颉?/p>
（2）采空區(qū)遺煤低溫氧化散熱未對采面的氣候條件產(chǎn)生顯著影響。
（3）地表空氣溫度直接影響礦內(nèi)進風(fēng)巷的溫度，由于進風(fēng)距離比較長，通風(fēng)壓縮熱等，致使進風(fēng)巷的溫度23.8℃～24℃。
4.2 建議
（1）通風(fēng)是解決綜放工作面溫度高的首選方案，適當(dāng)?shù)募哟缶C放工作面風(fēng)量，或減少頂抽巷風(fēng)量至600m3/min；
（2）優(yōu)化進風(fēng)巷的噴霧措施，適當(dāng)縮小噴霧距離，覆蓋整個通風(fēng)斷面；
（3）加強工作面上下隅角的封堵，減少采空區(qū)漏風(fēng)；
（4）降低膠帶順槽的進風(fēng)溫度，因大同地區(qū)每年只有5、6、7三個月地面氣溫較高，超過37.2℃。所以，在膠帶進風(fēng)順槽內(nèi)，放置一定數(shù)量的冰塊，溶解吸熱，再將溶冰水循環(huán)噴霧，降低進風(fēng)溫度，達到工作面舒適的溫度。
孫珍平
(1.煤科集團沈陽研究院有限公司，遼寧 撫順 113122；2.煤礦安全技術(shù)國家重點實驗室，遼寧 撫順 113122)
1 概況
同忻礦為同煤集團的標(biāo)桿礦井，生產(chǎn)能力為年產(chǎn)800萬t，主采3～5號煤層。8309工作面煤層厚度10.8～18.0m，平均厚度14.88m，煤層傾角為1～2°。8309面為同忻礦現(xiàn)階段主采面之一，位于井田西部、北三盤區(qū)的西南部，主采煤層為3～5號煤層，采用長壁后退式綜合機械化大采高放頂煤采煤法。工作面走向長度為2784m，傾向長度為200m，如圖1所示。
眾所周知，在井下高溫潮濕環(huán)境下工作，加大了工人勞動強度，降低了工作效率，并且甚至可能存在采空區(qū)自然發(fā)火和遺煤氧化的安全隱患。為了找出8309面高溫?zé)嵩春头乐共煽諈^(qū)自然發(fā)火等安全隱患，對8309工作面溫度進行了現(xiàn)場實測，在現(xiàn)場實測的基礎(chǔ)上結(jié)合地質(zhì)條件、工作面通風(fēng)情況、監(jiān)測監(jiān)控數(shù)據(jù)等對8309工作面高溫原因進行分析，并提出了有效改善高溫條件的建議。
圖1 8309工作面采掘平面圖
2 工作面高溫現(xiàn)狀分析
根據(jù)監(jiān)控數(shù)據(jù)，8309工作面自2018年2月開始上隅角溫度最高為34.5℃，平均溫度31℃。同煤分院技術(shù)人員進行實測，實測上隅角最高溫度為30.8℃，平均溫度29.4℃。
《煤礦安全規(guī)程》第三章“熱害防治”第六百五十五條規(guī)定：當(dāng)采掘工作面空氣溫度超過26℃、機電設(shè)備硐室超過30℃時，必須縮短超溫地點工作人員的工作時間；當(dāng)采掘工作面的空氣溫度超過30℃、機電設(shè)備硐室超過34℃時，必須停止作業(yè)。因此，判定8309工作面屬于熱害區(qū)。
3 高溫?zé)岷Γㄔ矗┯绊懸蛩胤治?/h2>
8309工作面高溫的影響因素主要有：地溫、火成巖入侵、供風(fēng)量、電氣設(shè)備、采空區(qū)遺煤氧化等?，F(xiàn)從火成巖、地溫、通風(fēng)狀況、采空區(qū)遺煤氧化等方面對工作面高溫?zé)岷Γㄔ矗┻M行分析。
3.1 火成巖侵入和地溫的影響
（1）從火成巖侵入分析
8309工作面煤層厚度10.8～18.0m，平均厚度14.88m，煤層厚度較穩(wěn)定。2309巷、5309巷分別從輔運大巷幫起算1527m、1625m位置有一條火成巖，呈巖墻形式侵入，寬0.3m。同煤分院技術(shù)人員7月28日對進風(fēng)巷火成巖侵入?yún)^(qū)域進行了現(xiàn)場查驗，查驗結(jié)果為：火成巖入侵區(qū)域前后煤壁不存在異常干燥現(xiàn)象，煤壁溫度并未存在突變高溫點。因此，從直觀查驗的情況來看可以排除火成巖對巷道空氣的快速升溫。
（2）從井下地溫分析
根據(jù)礦井地質(zhì)報告和工作面開采說明書，8309工作面區(qū)域內(nèi)地溫較高，目前探測8309面最高地溫為29.3℃。通過井下實測，工作面最高溫度為30.8℃，比較看出，地溫是8309面高溫?zé)岷Φ闹饕颉?/p>
3.2 通風(fēng)狀況的影響
（1）從通風(fēng)系統(tǒng)上分析
8309綜放工作面現(xiàn)采用全負壓通風(fēng)系統(tǒng)，即：一進兩回“U+I”型的通風(fēng)方式，即進風(fēng)順槽、回風(fēng)順槽和頂抽巷，進風(fēng)順槽、回風(fēng)順槽均沿3～5號煤層底板布置，頂抽巷與回風(fēng)順槽內(nèi)錯20m。走向長度2843m，傾向長度210m，設(shè)計配風(fēng)量為2560m3/min。
8309工作面現(xiàn)回采至650m，在回采過程中工作面風(fēng)量的變化如圖2所示。
從圖2可以看出，8309工作面在回采過程中，進風(fēng)量維持在3000m3/min左右，回風(fēng)量維持在2300m3/min左右。根據(jù)以往工作面生產(chǎn)經(jīng)驗，滿足工作面通風(fēng)要求，因此供風(fēng)量并非造成8309工作面高溫的主要原因。
圖2 工作面回采過程中風(fēng)量變化圖
（2）從通風(fēng)線路和距離分析
由于8309面的順槽巷長為2843m，通風(fēng)距離較長，通過計算，從進風(fēng)井至工作面整個通風(fēng)距離為3800m，對8309面通風(fēng)路線的風(fēng)流溫度進行了測試，副平硐新鮮風(fēng)流的溫度為24.9℃，經(jīng)過長距離通風(fēng)后，到達8309面上隅角時，風(fēng)流溫度達到了29.7℃。由此可以分析得出，地表空氣溫度直接影響礦內(nèi)進風(fēng)巷的溫度，由于進風(fēng)距離比較長，通風(fēng)壓縮熱等，致使進風(fēng)巷的溫度23.8～24℃。
與此同時，為了進一步確定長距離通風(fēng)對工作面溫度的影響，又在8201面進行測試與驗證，如表1所示。通過對比，得出了長距離通風(fēng)對風(fēng)流溫度影響較大，增加幅度為0.8℃。
表1 8309綜放面與8201綜放面進、回風(fēng)溫度對比表
3.3 生產(chǎn)狀況對工作面溫度的影響
根據(jù)對8309工作面自回采開始上隅角溫度與日推進度的數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計，并將兩者的變化趨勢繪制如圖3所示。
從圖3可以看出：
（1）在2017年12月10日～2018年1月18日工作面停產(chǎn)期間，上隅角溫度逐漸下降，并維持在20℃左右，工作面恢復(fù)生產(chǎn)時，上隅角溫度急劇上升至31℃左右，溫度變化幅度11℃。
（2）在1月30日～2月4日、2月22日～2月27日、3月11日～3月18日停產(chǎn)期間，上隅角溫度均急劇下降，恢復(fù)生產(chǎn)后又急劇上升，溫度變化幅度4℃～7℃。
（3）上隅角溫度隨工作面推進速度的增大而急劇增大。
綜上所述，生產(chǎn)強度對工作面溫度影響較大，對工作面氣體升溫幅度為4℃～11℃。
圖3 8309工作面上隅角溫度與日推進度關(guān)系圖
3.4 遺煤氧化對工作面溫度的影響
為了判斷采空區(qū)遺煤氧化為對工作面溫度造成的影響，對8309工作面自回采以來上隅角CO濃度、束管取樣中CO濃度進行統(tǒng)計，如圖4、圖5所示。
圖4 上隅角平均CO濃度與日推進度趨勢
圖5 8309束管CO檢測濃度隨埋深變化趨勢圖
從圖4可以看出：
（1）在2017年12月10日～2018年1月18日工作面停產(chǎn)期間，上隅角CO濃度基本為零，恢復(fù)生產(chǎn)后，急劇上升。
（2）在1月30日～2月4日、2月22日～2月27日、3月11日～3月18日停產(chǎn)期間，上隅角CO濃度呈逐漸下降趨勢。
（3）從整體來看，上隅角平均CO濃度隨回采強度增大而增大，存在一定的滯后性。
從圖5可以看出：
（1）2017年12月16日～2018年1月20日期間，束管埋進采空區(qū)53m。在此期間CO濃度均呈逐漸下降趨勢，CO濃度從90ppm下降至5ppm。
（2）1月20日～4月5日期間，束管埋入采空區(qū)135m。在此期間，CO濃度基本保持穩(wěn)定，CO濃度穩(wěn)定在30ppm～40ppm之間。
（3）在4月5日～6月4日期間，束管埋進采空區(qū)93m。在束管深入采空區(qū)后，CO濃度突變至50ppm左右并在50ppm左右波動。
（4）在6月4日～7月29日期間，CO濃度表現(xiàn)為隨埋入深度增大而下降的趨勢，并未存在緩慢增大的規(guī)律。束管埋入采空區(qū)6m時，CO濃度突然升至120ppm，隨后逐漸下降至60ppm。
按照工作面目前的推進速度（2.5m/d～4.5m/d），采空區(qū)任一位置處的遺煤處于氧化帶的時間少于最短自然發(fā)火期（84d），因此，判斷采空區(qū)遺煤雖存在氧化現(xiàn)象但發(fā)火的可能性較小。CO濃度突然升高到120ppm的主要原因為：工作面上覆巖層垮落，上部侏羅系老空區(qū)氣體突然下泄。根據(jù)對圖3～圖4檢測監(jiān)控數(shù)據(jù)的分析，可以判斷出：采空區(qū)遺煤雖存在氧化現(xiàn)象，但工作面正常推進（2.5m/d～4.5m/d）時，發(fā)火的可能性較小。
4 結(jié)論與建議
4.1 主要結(jié)論
（1）8309工作面最高地溫為29.3℃。通過井下實測，工作面最高溫度為30.8℃，比較看出，地溫是8309工作面高溫?zé)岷Φ闹饕颉?/p>
（2）采空區(qū)遺煤低溫氧化散熱未對采面的氣候條件產(chǎn)生顯著影響。
（3）地表空氣溫度直接影響礦內(nèi)進風(fēng)巷的溫度，由于進風(fēng)距離比較長，通風(fēng)壓縮熱等，致使進風(fēng)巷的溫度23.8℃～24℃。
4.2 建議
（1）通風(fēng)是解決綜放工作面溫度高的首選方案，適當(dāng)?shù)募哟缶C放工作面風(fēng)量，或減少頂抽巷風(fēng)量至600m3/min；
（2）優(yōu)化進風(fēng)巷的噴霧措施，適當(dāng)縮小噴霧距離，覆蓋整個通風(fēng)斷面；
（3）加強工作面上下隅角的封堵，減少采空區(qū)漏風(fēng)；
（4）降低膠帶順槽的進風(fēng)溫度，因大同地區(qū)每年只有5、6、7三個月地面氣溫較高，超過37.2℃。所以，在膠帶進風(fēng)順槽內(nèi)，放置一定數(shù)量的冰塊，溶解吸熱，再將溶冰水循環(huán)噴霧，降低進風(fēng)溫度，達到工作面舒適的溫度。
