均壓通風(fēng)在大峪煤業(yè)107綜采工作面的應(yīng)用

楊艷偉

(山西晉煤集團大峪煤業(yè)有限公司，山西 晉城 048400)

0 引言

煤礦采用均壓通風(fēng)是控制井下風(fēng)流的一種通風(fēng)管理技術(shù)，合理地利用均壓通風(fēng)技術(shù)，在綜采工作面防滅火和瓦斯治理過程中起到重要作用[1-3]。均壓通風(fēng)技術(shù)是通過在礦井局部通風(fēng)系統(tǒng)中調(diào)節(jié)巷道內(nèi)風(fēng)壓壓差，將相鄰巷道之間的風(fēng)壓差值控制在一定范圍內(nèi)，有效控制工作面以及巷道間的空氣流動情況，保證工作面不漏風(fēng)，采空區(qū)內(nèi)因缺氧導(dǎo)致遺煤無法自燃，抑制煤層自燃，防止CO涌入工作面，保證工作面正常生產(chǎn)[4-7]。大峪煤業(yè)有限公司的生產(chǎn)能力為30萬t/a，瓦斯等級為低瓦斯礦井，現(xiàn)開采15號煤層，煤塵具有爆炸性、煤層自燃傾向性等級為Ⅱ類，屬自燃煤層，煤層自然發(fā)火期為89 d。礦井通風(fēng)系統(tǒng)簡單，采用中央并列式通風(fēng)，主副斜井為進風(fēng)，回風(fēng)立井為回風(fēng)。礦井采用以黃泥灌漿為主，噴灑阻化劑為輔的防滅火措施，采用束管監(jiān)測和人工檢測為煤層自燃預(yù)測預(yù)報系統(tǒng)。在綜采工作面日常生產(chǎn)過程中，由于采空區(qū)遺煤較多，漏風(fēng)較大，采空區(qū)氧化導(dǎo)致遺煤自燃[8-10]，從而導(dǎo)致107綜采工作面上隅角CO含量超限。

1 107綜采工作面概況

107綜采工作面開采15號煤層，位于一水平一采區(qū)，南鄰回風(fēng)大巷，西為村莊下保護煤柱，北為未開采煤層，東部為107工作面運輸巷。107綜采工作面煤層最大厚度為4.2 m，最小厚度為3.8 m，平均厚度為4.0 m。含1～3層夾矸，平均厚度0.5 m。煤層傾角為2°～8°，平均為4°。煤層結(jié)構(gòu)簡單，工作面范圍內(nèi)總體南側(cè)煤厚相對較厚，北側(cè)較薄。大峪煤業(yè)15號煤層為穩(wěn)定型，全區(qū)穩(wěn)定可采，煤層位于太原組下部K2灰?guī)r之下，普氏硬度系數(shù)0.5～1.4，對回采無影響。15號煤層為貧煤，外觀呈黑色，條痕為黑色，金剛光澤，條帶狀結(jié)構(gòu)，參差狀、階梯狀斷口，裂隙較為發(fā)育，常見黃鐵礦充填，煤層視密度為1.46 t/m3。煤層頂板為K2灰?guī)r，該巖層連續(xù)性好，巖石堅硬，不易垮落。煤層底板為灰黑色泥巖、粉砂巖，厚度3.20～5.80 m，平均4.5 m，屬軟質(zhì)巖，較易管理，107綜采工作面頂?shù)装迩闆r，見表1。107綜采工作面走向長度550 m，傾斜長度130 m，可采儲量為321 076 t，預(yù)計可采期為11個月。工作面采用傾向長壁一次采全高后退式綜合機械化采煤法，全部垮落法管理頂板。工作面采用兩巷布置，“一進一回”U型通風(fēng)方式，其中107膠帶順槽為進風(fēng)巷，107輔運順槽為回風(fēng)巷，兩順槽均為矩形巷道，采用錨網(wǎng)索支護。

表1 107綜采工作面頂?shù)装迩闆rTable 1 Roof and floor conditions of No.107 fully mechanized working face

2020年3月5日107綜采工作面在生產(chǎn)期間，上隅角CO異常涌出監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)顯示數(shù)據(jù)最大值為0.003 0%。經(jīng)現(xiàn)場人員檢測確定107綜采工作面上隅角處確實存在CO氣體并有持續(xù)涌出現(xiàn)象。經(jīng)分析初步判斷發(fā)火原因是采空漏風(fēng)較多導(dǎo)致遺煤發(fā)生煤層自燃，從而采空區(qū)漏風(fēng)加快了采空區(qū)內(nèi)遺煤氧化，導(dǎo)致綜采工作面正?；夭蛇^程中上隅角CO涌出異常，造成CO超限事故，給工作面回采帶來了不安全因素。

2 均壓通風(fēng)的現(xiàn)場應(yīng)用

2.1 均壓通風(fēng)系統(tǒng)布置

107綜采工作面采用“一進一回”U型通風(fēng)方式，在107進風(fēng)巷構(gòu)筑調(diào)節(jié)設(shè)施來調(diào)配工作面的進風(fēng)量。工作面應(yīng)配備風(fēng)量為1 034 m3/min，實際配風(fēng)量為1 615 m3/min。107綜采工作面實行均壓通風(fēng)一方面是為了防止采空區(qū)和煤層中的CO涌入工作面，更主要的是通過均壓通風(fēng)技術(shù)控制工作面采空區(qū)的漏風(fēng)，從而降低進回風(fēng)巷的風(fēng)壓壓差。

2.2 均壓通風(fēng)效果分析

107綜采面在采用均壓通風(fēng)技術(shù)前，進風(fēng)量為1 615 m3/min，107回風(fēng)量為1 642 m3/min；采用均壓通風(fēng)技術(shù)后107進風(fēng)風(fēng)量為1 184 m3/min，107回風(fēng)風(fēng)量為1 202 m3/min，均壓后的通風(fēng)系統(tǒng)，如圖1所示。107綜采工作面在采用均壓通風(fēng)技術(shù)前進風(fēng)風(fēng)壓為274 Pa，107回風(fēng)風(fēng)壓為313 Pa；采用均壓通風(fēng)技術(shù)后107進風(fēng)風(fēng)壓為376 Pa，107回風(fēng)風(fēng)壓為407 Pa。工作面上隅角的CO濃度降低至5×10-6～7×10-6，工作面氣壓增加了102 Pa。通過在礦井中應(yīng)用均壓通風(fēng)技術(shù)，有效防止了采空區(qū)漏風(fēng)現(xiàn)象，給防滅火工作提供了保障。

圖1 均壓后的通風(fēng)系統(tǒng)示意Fig.1 Ventilation system after pressure equalizing

2.3 裂隙堵漏

107綜采工作面上隅角CO出現(xiàn)異常涌出情況后，地質(zhì)部門安排專人對該回采區(qū)域內(nèi)的地表進行巡查，發(fā)現(xiàn)該上覆地表存在多處裂隙、塌陷區(qū)，根據(jù)安排及時對地表裂隙、塌陷區(qū)進行了人工回填，以減少地表向該工作面采空區(qū)漏風(fēng)。同時107綜采工作面采用均壓通風(fēng)期間，每天安排專人對回填區(qū)域進行巡查，如發(fā)現(xiàn)回采區(qū)域內(nèi)存在塌陷區(qū)及時進行回填，以減少地表向采空區(qū)漏風(fēng)。

2.4 均壓通風(fēng)期間采取的防滅火措施

采用地面注漿的方式，優(yōu)先利用107綜采工作面進回風(fēng)順槽布置的黃泥灌漿管路對采空區(qū)進行持續(xù)性黃泥灌漿，并做好數(shù)據(jù)統(tǒng)計工作。同步完善臨時黃泥灌漿管路，對與107綜采工作面連通的密閉墻進行灌漿封堵或其他可靠措施封堵，減少漏風(fēng)。采用均壓通風(fēng)期間，加大工作面噴灑阻化劑次數(shù)，增加噴灑阻化劑時間，確保噴灑阻化劑量能夠全覆蓋采空區(qū)遺煤，已達到防止煤層自燃的現(xiàn)象出現(xiàn)。對與107綜采工作面連通的密閉墻采取抽氣樣，利用束管監(jiān)測系統(tǒng)進行分析，分析密閉墻內(nèi)是否存在煤層自然發(fā)火氣體指標(biāo)；同時利用107綜采工作面進回風(fēng)順槽的束管監(jiān)測管路對采空區(qū)內(nèi)氣體進行采樣分析，以確保采空區(qū)內(nèi)無煤層自然發(fā)火跡象。按照礦井防滅火設(shè)計要求，每周應(yīng)對采空區(qū)進行采樣分析一次，根據(jù)相關(guān)安排每天對采空區(qū)及連通密閉墻內(nèi)的氣體進行采樣分析，以此來避免采空區(qū)存在煤層自然發(fā)火預(yù)兆。

2.5 均壓通風(fēng)期間的安全保障措施

工作面均壓通風(fēng)階段回風(fēng)流中各氣體濃度應(yīng)保持在CO<0.002 4%，CO2<1.5%，漏風(fēng)量<18 m3/min，一旦超限應(yīng)進行回風(fēng)巷增阻，將工作面進回風(fēng)的內(nèi)外壓差調(diào)高。工作面的通風(fēng)調(diào)壓應(yīng)確保在工作面及上隅角等處的有害氣體不超限。工作面上隅角、回風(fēng)巷內(nèi)出現(xiàn)瓦斯?jié)舛?0.8%，CO2濃度>1.5%等有害氣體超限，工作面異常斷電或通風(fēng)失壓等異常情況，應(yīng)立刻停止作業(yè)并撤出作業(yè)人員至安全區(qū)域，及時匯報并進行處置。107綜采工作面采用均壓通風(fēng)期間，為了保證進回風(fēng)順槽調(diào)節(jié)設(shè)施的穩(wěn)定可靠，通風(fēng)部每班安排專人對調(diào)節(jié)設(shè)施進行檢查，如發(fā)現(xiàn)設(shè)施存在異常及時采取措施進行處理；同時綜采隊在生產(chǎn)過程中，安排專人在設(shè)施處看管，嚴禁由于大塊煤、矸石等物料導(dǎo)致調(diào)節(jié)設(shè)施損壞，造成工作風(fēng)量增大，導(dǎo)致加快采空區(qū)煤體氧化出現(xiàn)。通風(fēng)部每班必須對上隅角、回風(fēng)巷的CO濃度進行檢查，一旦發(fā)現(xiàn)異常情況及時匯報調(diào)度室、通風(fēng)部值班室和相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)，立即采取措施處理。

3 結(jié)語

大峪煤業(yè)日常通過JSG-8束管監(jiān)測系統(tǒng)對礦井中各采空區(qū)的有害氣體進行數(shù)據(jù)分析，判斷采空區(qū)內(nèi)是否存在煤層自燃。107綜采工作面通過采用均壓通風(fēng)技術(shù)、密閉墻加固、地表裂隙回填等有效措施減少了采空區(qū)的漏風(fēng)量。通過采取黃泥灌漿、噴灑阻化劑和束管采樣分析等有效防滅火措施，避免了由于采空區(qū)漏風(fēng)加快采空區(qū)煤體氧化的速度，且有效地防止采空區(qū)內(nèi)的CH4、CO、CO2等有害氣體異常涌出。同時采用均壓通風(fēng)技術(shù)與礦井防滅火措施相結(jié)合的辦法，為礦井防滅火工作提供有效保障，給礦井帶來了較大的效益。