工作面火和瓦斯災(zāi)害綜合治理技術(shù)應(yīng)用

鄭晉偉

（山西陽(yáng)城陽(yáng)泰集團(tuán)西溝煤業(yè)有限公司，山西 晉城 048100）

1 工程概況

山西陽(yáng)城陽(yáng)泰集團(tuán)西溝煤業(yè)有限公司井田位于山西省陽(yáng)城縣西北部。地面標(biāo)高+53.28～ +52.56 m，工作面標(biāo)高-315.6 ～ 378.2 m，走向長(zhǎng)372.5 m，傾向長(zhǎng)112.3 m，煤層傾角為3～10°，平均為7°，煤厚3.35～0.80 m，平均煤厚2.89 m，面積45 422.39 m2。煤層結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，屬低灰低硫的氣煤，普氏硬度為2～3?，F(xiàn)開(kāi)采+669 m 水平，開(kāi)采深度一般在275～700m 范圍內(nèi)，低于800 m，不屬于深部開(kāi)采礦井。根據(jù)瓦斯涌出量測(cè)定報(bào)告，該礦屬于高瓦斯礦井，絕對(duì)瓦斯涌出量和相對(duì)瓦斯涌出量分別為281.9 m3/min、20.12 m3/t。煤層的最大瓦斯壓力和煤層瓦斯含量分別為0.15 MPa 和4.98 m3/t,無(wú)煤與瓦斯突出危險(xiǎn)，礦井火災(zāi)和瓦斯問(wèn)題始終威脅著礦井的安全生產(chǎn)。根據(jù)ZRJ-plus 型煤自燃傾向性測(cè)定儀鑒定該礦煤層的自燃傾向性，煤的吸氧量為0.61 cm3/g，大于0.40 cm3/g 小于0.70 cm3/g。按照自燃傾向性等級(jí)判定規(guī)則，其等級(jí)為Ⅱ類，煤層的自燃傾向性為易自然煤層。為了消除瓦斯和火災(zāi)威脅，必須做好工作面瓦斯治理和防滅火相關(guān)的工作[1-3]。

西溝煤業(yè)3308 工作面頂煤較為破碎，工作面的推采速度較慢，上隅角后方采空區(qū)出現(xiàn)高溫異常區(qū)域，工作面隅角CO 濃度達(dá)到47 ppm，工作面面臨著自然發(fā)火導(dǎo)致礦井火災(zāi)的危險(xiǎn)。該工作面范圍內(nèi)具有十分復(fù)雜的地質(zhì)環(huán)境，工作面在過(guò)斷層等構(gòu)造地段，存在瓦斯涌出量突增的可能，極易發(fā)生火與瓦斯復(fù)合災(zāi)害。鑒于此，該工作面有必要及時(shí)采用針對(duì)瓦斯和火災(zāi)的治理技術(shù)，以保證工作面的安全回采。

2 火和瓦斯災(zāi)害綜合治理技術(shù)

（1）瓦斯抽放系統(tǒng)

根據(jù)工作面瓦斯涌出情況，采用邊采邊抽相結(jié)合方式抽放回采工作面采空區(qū)瓦斯?？紤]綜放工作面瓦斯抽放泵安裝位置及負(fù)壓管路長(zhǎng)度等因素。在滿足泵流量的服務(wù)年限達(dá)到最大瓦斯抽放量以及抽放泵出口正壓需求的基礎(chǔ)上，確定選用撫順煤科院生產(chǎn)的流量85 m3/min、負(fù)壓81 kPa 的ZWY-85/160A 型礦用移動(dòng)式瓦斯抽放泵站。瓦斯抽放系統(tǒng)如圖1 所示。

圖1 工作面瓦斯抽放方式

（2）注氮管路鋪設(shè)

在進(jìn)風(fēng)順槽布置注氮口，在工作面上隅角處埋設(shè)注氮管路向采空區(qū)注入氮?dú)?。氮?dú)庠诓煽諈^(qū)形成氮?dú)舛杌瘞?，將氧氣排出去并且還能夠吸收熱量，進(jìn)而降低溫度，達(dá)到降低煤自燃的可能性。另外大量的氮?dú)膺€可以在采空區(qū)內(nèi)營(yíng)造正壓的環(huán)境，減少工作面漏入采空區(qū)的風(fēng)量，使采空區(qū)內(nèi)氧氣濃度降低，同樣也可以達(dá)到抑制遺煤自燃的效果[4-5]。采用墻內(nèi)注氮的方法，注氮孔布置在密閉墻內(nèi)，利用密閉墻預(yù)留的注氮管向采空區(qū)壓注，注氮管路尺寸為Φ108 mm 鋼管。采用封閉式連續(xù)性的方式注氮，在此期間可視情況隨時(shí)合理調(diào)整為間斷性注氮。

考慮到向采空區(qū)注入氮?dú)夂康拇笮。捎昧碎g斷式瓦斯抽放方式。另外，由于每小時(shí)的注氮量小于瓦斯抽放量，所以要先進(jìn)行注氮，之后再實(shí)施抽放工作。當(dāng)抽放量臨近注氮量時(shí)，停止抽放，待一段時(shí)間過(guò)后再抽放。具體的注氮參數(shù)如表1 所示。

表1 采空區(qū)注氮參數(shù)表

（3）采空區(qū)有害氣體置換技術(shù)

為了及時(shí)掌握工作面的有害氣體置換情況[6]，在3308 綜放工作面上隅角設(shè)1 路監(jiān)測(cè)點(diǎn)，下隅角設(shè)3 路監(jiān)測(cè)點(diǎn)，主要用于收集瓦斯、氧氣和一氧化碳濃度的變化情況。監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置示意圖如2 所示。監(jiān)測(cè)裝備有KSS-2100煤礦自然發(fā)火束管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、KJ95N 安全監(jiān)控系統(tǒng)。每間隔5 個(gè)支架為一個(gè)點(diǎn)，到50#架。監(jiān)控設(shè)備電源取自被控開(kāi)關(guān)電源側(cè)，遠(yuǎn)程斷電器控制工作面總電源的開(kāi)關(guān)，饋電器設(shè)置在被控開(kāi)關(guān)的負(fù)荷側(cè)。

在工作面回風(fēng)隅角、工作面、工作面回風(fēng)巷、抽排瓦斯風(fēng)筒出口等處設(shè)置瓦斯傳感器。在工作面回風(fēng)巷道的上方風(fēng)流穩(wěn)定處設(shè)置垂直懸掛的一氧化碳傳感器，與頂板的間距小于300 mm，距離巷壁大于200 mm，距軌道順槽與膠帶順槽聯(lián)絡(luò)巷10～15 m。同樣在工作面回風(fēng)巷道上方風(fēng)流穩(wěn)定的位置處設(shè)置垂直懸掛的溫度傳感器，該傳感器到達(dá)頂板(鋼梁)的距離不能超過(guò)300 mm，距巷壁的間隔不低于200 mm。

3 治理效果分析

通過(guò)布置在工作面上隅角1 路監(jiān)測(cè)點(diǎn)，下隅角3 路監(jiān)測(cè)點(diǎn)，收集采空區(qū)有害氣體置換工作中的各氣體組分與濃度的數(shù)據(jù)，在抽放采空區(qū)瓦斯的過(guò)程中，分析采空區(qū)內(nèi)氣體成分和溫度等的變化。

通過(guò)對(duì)圖3～圖5 的分析，回風(fēng)隅角瓦斯?jié)舛认陆递^快，從0.153 ppm 下降到0.031 ppm，未出現(xiàn)超限的現(xiàn)象，這也在一定程度上減少了瓦斯災(zāi)害。進(jìn)風(fēng)隅角的3#束管測(cè)定的一氧化碳濃度下降最快，由5.01 ppm 下降到1.56 ppm。在回風(fēng)隅角部位，采空區(qū)氧氣濃度始終保持在5%左右。這樣的環(huán)境無(wú)法達(dá)到煤自燃的條件，可得出瓦斯抽放、注氮、采空區(qū)有害氣體置換技術(shù)的實(shí)施，得到了較為理想的治理效果，有效地杜絕了采空區(qū)煤炭的自燃，遏制了瓦斯帶來(lái)的災(zāi)害。

圖3 瓦斯?jié)舛茸兓厔?shì)圖

圖4 一氧化碳濃度變化趨勢(shì)圖

圖5 氧氣濃度變化趨勢(shì)圖

4 結(jié)論

（1）對(duì)工作面瓦斯和火災(zāi)治理后，綜放面內(nèi)瓦斯?jié)舛炔粩嘞陆?，減少了瓦斯超限的危害，保障了工作面的安全。采空區(qū)回風(fēng)隅角處氧氣濃度保持在5%左右，有效地避免了遺煤自燃導(dǎo)致的火災(zāi)。

（2）通過(guò)采用瓦斯抽放、注氮與采空區(qū)有害氣體置換技術(shù)等一系列治理措施，瓦斯?jié)舛?、一氧化碳和氧氣濃度均下降，并保持在安全范圍?nèi)。工作面火和瓦斯災(zāi)害治理工作取得了不錯(cuò)的效果，能夠防患于未然，保障煤礦的安全生產(chǎn)。