綜放工作面低氧區(qū)域綜合治理研究

聶含張

（同煤集團(tuán)安全監(jiān)管五人小組管理部， 山西 大同 037003）

在煤炭開采過程中，工作面上隅角低氧問題是一個(gè)非常棘手的難題，嚴(yán)重影響煤礦高效安全生產(chǎn)?！度毖跷ｋU(xiǎn)作業(yè)安全規(guī)程》（GB 8959—2006）中規(guī)定，缺氧危險(xiǎn)的標(biāo)準(zhǔn)值為氧氣濃度18.5%。在井下惡劣工作環(huán)境中，如果氧氣濃度低于17%，從事一般強(qiáng)度勞動(dòng)的工作人員就會(huì)出現(xiàn)呼吸困難等現(xiàn)象；如果氧氣濃度低于12%，從事一般強(qiáng)度勞動(dòng)的工作人員就會(huì)出現(xiàn)休克，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)?dǎo)致死亡。

近些年，我國(guó)很多專家、技術(shù)人員都對(duì)采煤工作面低氧區(qū)域的治理進(jìn)行了研究，并提出了一些綜合措施。如郭永文對(duì)低氧區(qū)域形成的原因進(jìn)行了分析，并通過通風(fēng)改造優(yōu)化、監(jiān)測(cè)改造、調(diào)整開采方法等手段提出了治理工作面低氧區(qū)域的方法；李斌等人通過均壓通風(fēng)手段，同時(shí)進(jìn)行引流、卸壓等方法，對(duì)神東補(bǔ)連塔22307 工作面低氧區(qū)域進(jìn)行了綜合治理并取得了較好的效果。

本文在現(xiàn)有研究的基礎(chǔ)上，提出以持風(fēng)動(dòng)型風(fēng)機(jī)配合通風(fēng)技術(shù)的方法，解決工作面上隅角低氧區(qū)域的治理方法。以此為煤炭開采現(xiàn)場(chǎng)提供參考。

1 工作面概況

1.1 工作面概況

同煤集團(tuán)馬脊梁礦屬兩系（即侏羅紀(jì)煤系和石炭二疊紀(jì)煤系）開采礦井，所采煤層在回采過程中均存在上隅角低氧現(xiàn)象，雖然通過采取吊掛臨時(shí)導(dǎo)風(fēng)簾和“L 型”導(dǎo)風(fēng)障等措施取得了一定的效果，但是仍然不能徹底解決上隅角低氧問題。經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定，工作面上隅角氧氣濃度范圍為17.8%～18.8%之間。

1.2 工作面上隅角低氧原因分析

通過對(duì)馬脊梁礦14-3 號(hào)層8111 工作面和14-2 號(hào)層8804 工作面這兩個(gè)回采工作面的實(shí)際觀測(cè)和分析，對(duì)工作面上隅角低氧現(xiàn)象進(jìn)行了原因了分析。

1）8111 工作面。該工作面順槽長(zhǎng)2 466 m，切眼長(zhǎng)240 m，平均煤厚6.8 m。采用綜合機(jī)械化低位放頂煤采煤工藝，長(zhǎng)壁后退式采煤方法。計(jì)劃風(fēng)量2 306 m3/min，實(shí)際配風(fēng)24 45 m3/min。8111 工作面上隅角出現(xiàn)低氧現(xiàn)象主要有三個(gè)原因：首先是所采煤層二氧化碳涌出量大，該工作面二氧化碳絕對(duì)涌出量為5.35 m3/min；其次是為控制尾端頭頂板，將尾端頭支護(hù)由原“四梁八柱”改為尾端頭支架，導(dǎo)致上隅角回風(fēng)流不暢，無(wú)法有效稀釋后古塘涌出的有害氣體；第三也是最關(guān)鍵的原因則是該工作面采取連續(xù)注氮方式防止采空區(qū)自燃發(fā)火，導(dǎo)致氮?dú)鈴纳嫌缃且绯?，?dǎo)致了缺氧現(xiàn)象。

2）8804 工作面。該工作面順槽長(zhǎng)771 m，切眼長(zhǎng)192.4 m，平均煤厚在3.1 m。采用綜合機(jī)械化一次采全高開采工藝，長(zhǎng)臂后退式采煤方法。計(jì)劃風(fēng)量870 m3/min，實(shí)際風(fēng)量1 194 m3/min。8804 工作面上隅角出現(xiàn)低氧現(xiàn)象也有三個(gè)主要原因：一是所采煤層二氧化碳涌出量大，本面二氧化碳絕對(duì)涌出量為6.72 m3/min；二是為控制尾端頭頂板，將尾端頭支護(hù)由原“四梁八柱”改為尾端頭支架，導(dǎo)致上隅角回風(fēng)流不暢，無(wú)法有效稀釋后古塘涌出的有害氣體；第三是由于近距離煤層開采，在主扇負(fù)壓作用下，上覆采空區(qū)CO2等氣體容易泄出，導(dǎo)致了缺氧現(xiàn)象[1-3]。

2 綜放工作面低氧區(qū)域綜合治理方案

2.1 采用OF25-190 型手提風(fēng)動(dòng)式風(fēng)機(jī)配合臨時(shí)導(dǎo)風(fēng)障

通過對(duì)8111 工作面的研究和低氧原因分析，決定采取OF25-190 型手提風(fēng)動(dòng)式風(fēng)機(jī)配合臨時(shí)導(dǎo)風(fēng)障的方法解決低氧問題。治理方案示意圖如圖1 所示，現(xiàn)場(chǎng)圖如圖2 所示。

1）利用OF25-190 型手提風(fēng)動(dòng)式風(fēng)機(jī)對(duì)上隅角低氧區(qū)域進(jìn)行供風(fēng)。具體做法是：將風(fēng)機(jī)吊掛在工作面137 號(hào)支架（倒數(shù)第5 架）前探梁下，通過Φ350 mm的特制風(fēng)筒對(duì)上隅角低氧區(qū)域進(jìn)行供風(fēng)，風(fēng)筒末端風(fēng)量為140 m3/min。

2）在上隅角吊掛臨時(shí)導(dǎo)風(fēng)簾。當(dāng)手提風(fēng)動(dòng)式風(fēng)機(jī)無(wú)法正常運(yùn)轉(zhuǎn)，使用熱備用導(dǎo)風(fēng)簾向上隅角區(qū)域供風(fēng)，使上隅角氧氣濃度符合規(guī)定。

采用此種方法治理上隅角后，8111 工作面上隅角氧氣濃度穩(wěn)定在19.0%～20.5%之間。

圖1 8111 工作面上隅角低氧區(qū)治理示意圖

圖2 OF25-190 型手提風(fēng)動(dòng)式風(fēng)機(jī)配合臨時(shí)導(dǎo)風(fēng)障現(xiàn)場(chǎng)圖

2.2 利用局部通風(fēng)配合臨時(shí)導(dǎo)風(fēng)障

通過對(duì)88804 工作面的研究和低氧原因分析，決定采取局部通風(fēng)配合臨時(shí)導(dǎo)風(fēng)障的方法解決低氧問題。治理方案示意圖如圖3 所示，現(xiàn)場(chǎng)圖如圖4所示。

圖3 14-2 號(hào)8804 工作面上隅角低氧區(qū)治理示意圖

圖4 14-2 號(hào)層8804 工作面治理上隅角低氧區(qū)所使用的Φ600 mm 風(fēng)筒

利用局部通風(fēng)機(jī)向上隅角低氧區(qū)域進(jìn)行供風(fēng)。具體做法：在原2804 巷均壓繞道處穩(wěn)設(shè)兩臺(tái)FBDNO6.0 型對(duì)旋式軸流局部通風(fēng)機(jī)，功率為2×15 kW，開一級(jí)運(yùn)行。2 臺(tái)風(fēng)機(jī)具備“雙風(fēng)機(jī)雙電源”及自動(dòng)切換功能。通過Φ600 mm 風(fēng)筒對(duì)低氧區(qū)域進(jìn)行供風(fēng)，風(fēng)筒末端風(fēng)量為260 m3/min[4-5]。

采用此種方法治理上隅角后，8804 面上隅角氧氣濃度穩(wěn)定在19.5%～20.7%之間。

3 治理方案的應(yīng)用效果

3.1 應(yīng)用效果

1）8111 工作面穩(wěn)設(shè)的OF25-190 型手提風(fēng)動(dòng)式風(fēng)機(jī)系從德國(guó)引進(jìn)，該風(fēng)機(jī)具備體積小、質(zhì)量輕、能耗低、效率高、操作簡(jiǎn)單、維修方便等優(yōu)點(diǎn)，最主要的是氣動(dòng)風(fēng)機(jī)防爆性能高，適合井下的作業(yè)環(huán)境。

2）通過綜采工作面穩(wěn)設(shè)手提風(fēng)動(dòng)式風(fēng)機(jī)，或者用局部通風(fēng)機(jī)向上隅角低氧區(qū)域進(jìn)行供風(fēng)，徹底解決了綜采工作面上隅角氧氣濃度超限及不穩(wěn)定的難題，杜絕了回采過程中因上隅角缺氧導(dǎo)致的停產(chǎn)，加快了綜采工作面回采速度，提高了生產(chǎn)效率。

3）同煤其他單位在治理上隅角低氧區(qū)域時(shí)，多采用采用臨時(shí)導(dǎo)風(fēng)障或L 型導(dǎo)風(fēng)障的方法。本文提出的治理上隅角低氧區(qū)域技術(shù)，減少了上隅角導(dǎo)風(fēng)簾的使用頻次，降低了由于人工操作不規(guī)范、導(dǎo)風(fēng)簾打不嚴(yán)而導(dǎo)致的低氧現(xiàn)象。相比采用臨時(shí)導(dǎo)風(fēng)障或L 型導(dǎo)風(fēng)障的方法，此種治理上隅角低氧區(qū)域技術(shù)，避免了機(jī)組過尾時(shí)需卷起導(dǎo)風(fēng)簾而產(chǎn)生的上隅角短暫缺氧現(xiàn)象[6]。

3.2 應(yīng)用中的注意事項(xiàng)

1）在平時(shí)生產(chǎn)過程中，綜采隊(duì)組、通風(fēng)區(qū)負(fù)責(zé)“壓風(fēng)風(fēng)機(jī)”的日常管理，安排專人進(jìn)行檢查“壓風(fēng)風(fēng)機(jī)”壓風(fēng)管路及截門，確保“壓風(fēng)風(fēng)機(jī)”能正常使用，性能完好。

2）綜采隊(duì)組在生產(chǎn)過程中必須嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)工藝、工序作業(yè)，避免出現(xiàn)工作面尾端頭支架擠架、滯后，造成上隅角低氧現(xiàn)象。

4 結(jié)論

1）根據(jù)馬脊梁礦8111 和8804 綜放工作面的實(shí)際情況，分析總結(jié)了上隅角低氧現(xiàn)象的主要原因，并提出了針對(duì)性的治理措施：在8111 工作面采用OF25-190 型手提風(fēng)動(dòng)式風(fēng)機(jī)配合臨時(shí)導(dǎo)風(fēng)障的方法；在8804 工作面利用局部通風(fēng)配合臨時(shí)導(dǎo)風(fēng)障的方法。

2）通過實(shí)踐，兩種方法均取得了較好的效果。8111 工作面上隅角氧氣濃度穩(wěn)定在19.0%～20.5%之間；8804 面上隅角氧氣濃度穩(wěn)定在19.5%～20.7%之間，均符合了相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求。

3）這兩種方法的應(yīng)用實(shí)施，為同煤集團(tuán)類似礦井工作面提供了指導(dǎo)，具有一定的參考價(jià)值。