均壓技術(shù)治理綜采工作面回風(fēng)隅角低氧問(wèn)題

張麗芳

(霍州煤電集團(tuán)公司 安全管理部， 山西 霍州 031400)

霍州煤電集團(tuán)李雅莊煤礦屬高瓦斯礦井，為多煤層開(kāi)采，開(kāi)采煤層屬I(mǎi)類(lèi)易自燃煤層。井下采空區(qū)條件復(fù)雜，管理難度大，采空區(qū)遺煤易發(fā)生低溫氧化現(xiàn)象，進(jìn)而造成采空區(qū)內(nèi)壓力逐漸上升，采空區(qū)內(nèi)低氧氣體通過(guò)煤柱及密閉裂隙形成的垂直漏風(fēng)通道涌入到下層工作面回風(fēng)隅角，造成回風(fēng)隅角氧氣濃度下降危害礦井安全生產(chǎn)。均壓通風(fēng)技術(shù)可利用調(diào)壓風(fēng)機(jī)、調(diào)節(jié)風(fēng)門(mén)、風(fēng)窗等通風(fēng)設(shè)施調(diào)整工作面某區(qū)域的空氣壓力分布，進(jìn)而改變漏風(fēng)方向或減少漏風(fēng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)工作面回風(fēng)隅角低氧問(wèn)題的治理[1-5]. 本文以李雅莊煤礦2-607工作面為例，采用均壓通風(fēng)技術(shù)對(duì)工作面回風(fēng)隅角低氧問(wèn)題進(jìn)行治理。

1 2-607工作面通風(fēng)概況

李雅莊煤2-607工作面北部為2-609工作面，南部為2-605采空區(qū)，西部為大巷。2-607工作面雙巷布置，采用一進(jìn)一回的“U型”通風(fēng)方式，2-607主運(yùn)順槽為專(zhuān)用進(jìn)風(fēng)巷，2-607回風(fēng)順槽為專(zhuān)用回風(fēng)巷，2-607工作面布置示意圖見(jiàn)圖1.

2020年12月28日，當(dāng)2-607工作面推至525 m處時(shí)，檢測(cè)到工作面回風(fēng)隅角至工作面運(yùn)輸機(jī)機(jī)尾區(qū)域氧氣濃度含量低于18%，存在安全隱患。立即采取針對(duì)性的解決措施，在2-607工作面上、下隅角安設(shè)擋風(fēng)簾，同時(shí)在靠近回風(fēng)隅角4臺(tái)支架處安設(shè)導(dǎo)風(fēng)簾。采取措施后，工作面回風(fēng)隅角氧氣濃度含量隨即上升至18%以上，但在1天后再次檢測(cè)下降至13%左右，嚴(yán)重危害工作面的回采安全，可見(jiàn)采取的治理對(duì)策效果不佳。

圖1 2-607工作面通風(fēng)系統(tǒng)示意圖

2 回風(fēng)隅角低氧原因分析

2-605工作面采空區(qū)距離2-607工作面18 m，1-2煤層采空區(qū)距離2-607工作面62 m. 而2-605工作面采空區(qū)和1-2煤層采空區(qū)盡管采取了密閉、地表裂隙封堵等措施，但采空區(qū)內(nèi)從圍巖及遺煤仍不斷釋放出瓦斯，同時(shí)遺煤發(fā)生的低溫氧化現(xiàn)象，不但消耗氧氣，也生成一氧化碳、二氧化碳等其他氣體，這就造成在采空區(qū)空間內(nèi)存在大量的低氧氣體。2-607工作面回采開(kāi)始后，隨著頂板垮落，上覆巖層被破壞，裂隙不斷發(fā)育，且礦井地應(yīng)力明顯，上隅角處兩側(cè)煤柱回縮較大，底板有多處起鼓，在工作面整體負(fù)壓作用下，2-605工作面采空區(qū)和1-2煤層采空區(qū)與2-607工作面產(chǎn)生壓差，采空區(qū)內(nèi)低氧氣體沿裂隙形成的漏風(fēng)通道向2-607工作面上隅角積聚，導(dǎo)致工作面上隅角氧氣濃度降低。

3 均壓通風(fēng)技術(shù)方案的設(shè)計(jì)

為有效治理2-607工作面回風(fēng)隅角氧氣濃度偏低的問(wèn)題，設(shè)計(jì)采用均壓通風(fēng)技術(shù)方案，通過(guò)提高2-607工作面絕對(duì)壓力，減少采空區(qū)漏風(fēng)，防止2-605工作面采空區(qū)和上部1-2煤層采空區(qū)低氧氣體下泄，達(dá)到提高2-607工作面回風(fēng)隅角氧氣濃度的目的。

減少上部采空區(qū)氣體對(duì)生產(chǎn)工作面回采影響，需降低2-607工作面與其臨近采空區(qū)的氣體壓力差值，為此在2-607工作面主運(yùn)順槽向臨近2-605采空區(qū)施工鉆孔1個(gè)，布置“U”型壓差計(jì)，測(cè)定上部采空區(qū)與回采工作面壓差。通過(guò)測(cè)定發(fā)現(xiàn)，將2-607工作面壓力提高180～280 Pa時(shí)，可有效控制工作面上部的有毒有害氣體流入到2-607采空區(qū)。因此需對(duì)2-607工作面布置調(diào)壓設(shè)施，提高工作面氣壓，確保均壓通風(fēng)方案順利實(shí)施。

3.1 均壓風(fēng)機(jī)選型

根據(jù)煤礦通風(fēng)能力核定標(biāo)準(zhǔn)AQ1056-2008確定2-607工作面采用系統(tǒng)負(fù)壓通風(fēng)時(shí)工作面風(fēng)量為730 m3/min，2-607工作面進(jìn)、回風(fēng)順槽和工作面的總長(zhǎng)度為1 000 m，計(jì)算其通風(fēng)阻力為900 Pa. 因此，均壓風(fēng)機(jī)必須滿(mǎn)足實(shí)際風(fēng)量大于730 m3/min，風(fēng)壓應(yīng)大于900 Pa的要求，確定選擇兩臺(tái)FBDNo7.1#2×45 kW礦用隔爆型對(duì)旋壓入式局部通風(fēng)機(jī)，配用功率2×45 kW，風(fēng)量500～750 m3/min，全壓900～6 630 Pa，轉(zhuǎn)速2 950 r/min，額定電壓380/660/1 140 V，額定電流67.9/39.1/22.6，對(duì)旋型最高全壓效率為85%.

3.2 均壓通風(fēng)方法

2-607工作面實(shí)施均壓通風(fēng)技術(shù)方法見(jiàn)圖2，在2-607工作面主運(yùn)順槽和回風(fēng)順槽分別設(shè)置一組(兩道)調(diào)壓風(fēng)門(mén)，包括安設(shè)“U”型壓差計(jì)和調(diào)節(jié)風(fēng)窗等設(shè)施，用來(lái)監(jiān)測(cè)與調(diào)控工作面風(fēng)壓；在2-607工作面主運(yùn)順槽調(diào)壓風(fēng)門(mén)外安設(shè)兩臺(tái)FBDNo7.1#2×45 kW礦用隔爆型對(duì)旋壓入式局部通風(fēng)機(jī)，d800 mm風(fēng)筒聯(lián)接均壓風(fēng)機(jī)，穿過(guò)兩道均壓風(fēng)門(mén)后再延長(zhǎng)200 m，通過(guò)風(fēng)門(mén)墻體向2-607工作面送風(fēng)，該設(shè)計(jì)可有效減少風(fēng)筒風(fēng)流返流到均壓風(fēng)門(mén)外。

圖2 2-607工作面均壓通風(fēng)系統(tǒng)示意圖

通過(guò)上述通風(fēng)設(shè)備的安裝和設(shè)施的構(gòu)建，2-607工作面已處于一個(gè)相對(duì)封閉的空間，通過(guò)均壓風(fēng)機(jī)向封閉區(qū)域供風(fēng)，通過(guò)2-607主運(yùn)風(fēng)槽和2-607回風(fēng)順槽上調(diào)壓風(fēng)門(mén)的調(diào)節(jié)風(fēng)窗實(shí)現(xiàn)對(duì)工作面壓差的調(diào)節(jié)，進(jìn)而可以提高2-607工作面的壓力差，防止2-605工作面采空區(qū)和上部1-2煤層采空區(qū)低氧氣體下泄至2-607工作面回風(fēng)隅角。

3.3 均壓系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的安全技術(shù)措施

3.3.1 均壓系統(tǒng)啟動(dòng)前準(zhǔn)備

均壓系統(tǒng)啟動(dòng)前，須由通風(fēng)區(qū)提前通知周邊礦井，告知均壓面具體位置及啟動(dòng)時(shí)間，方便其做好應(yīng)急準(zhǔn)備。對(duì)于2-607工作面，需要撤出工作面及兩巷所有人員，并將工作面及兩巷內(nèi)全部非本質(zhì)安全型電氣設(shè)備開(kāi)關(guān)打至零位。

3.3.2 系統(tǒng)調(diào)試注意事項(xiàng)

開(kāi)啟均壓通風(fēng)機(jī)后，需要先關(guān)閉回風(fēng)巷均壓風(fēng)門(mén)，后關(guān)閉進(jìn)風(fēng)巷均壓調(diào)節(jié)風(fēng)門(mén)，并逐步調(diào)整通風(fēng)系統(tǒng)。

1) 密切關(guān)注并調(diào)整氣體參數(shù)。均壓通風(fēng)機(jī)啟動(dòng)后要密切關(guān)注2-607工作面氣體參數(shù)變化，調(diào)整均壓調(diào)節(jié)風(fēng)門(mén)確保2-607工作面氣體正常與通風(fēng)系統(tǒng)穩(wěn)定。2-607工作面主運(yùn)順槽風(fēng)量保持不低于730 m3/min，同時(shí)進(jìn)、回風(fēng)順槽均壓風(fēng)門(mén)內(nèi)外的壓差均保持在180～280 Pa，工作面與鄰近采空區(qū)壓能基本平衡[6].

2) 測(cè)試運(yùn)行并限制人員進(jìn)入。均壓系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，禁止所有人員進(jìn)入均壓區(qū)域范圍內(nèi)。待均壓系統(tǒng)運(yùn)行8 h以上并穩(wěn)定后，檢測(cè)人員進(jìn)入2-607工作面檢查回風(fēng)隅角、工作面及回風(fēng)流氣體情況，確定CO濃度<24×10-6，CO2濃度<1.5%，O2濃度>18%后，方可允許其他工作人員進(jìn)入工作面作業(yè)。

3.3.3 系統(tǒng)故障處理

1) 均壓工作面發(fā)生主風(fēng)機(jī)停運(yùn)、備用風(fēng)機(jī)開(kāi)啟時(shí)的處理措施：a) 發(fā)現(xiàn)主風(fēng)機(jī)運(yùn)行不正常時(shí)，必須將工作面及兩巷超前支護(hù)20 m內(nèi)工作人員撤離到進(jìn)風(fēng)巷新鮮風(fēng)流中。b) 將回風(fēng)順槽超前支護(hù)20 m外及在回風(fēng)流作業(yè)的所有人員撤到新鮮風(fēng)流中。c) 核對(duì)撤出人數(shù)，查明主風(fēng)機(jī)停運(yùn)原因，待主、備風(fēng)機(jī)全部恢復(fù)工作后才能恢復(fù)生產(chǎn)。

2) 均壓工作面發(fā)生主風(fēng)機(jī)、備用風(fēng)機(jī)全部停運(yùn)后的處理措施：a) 發(fā)現(xiàn)主風(fēng)機(jī)運(yùn)行不正常時(shí)，必須將工作面及兩巷超前支護(hù)20 m內(nèi)工作人員撤離到進(jìn)風(fēng)巷新鮮風(fēng)流中。b) 將回風(fēng)順槽超前支護(hù)20 m外及在回風(fēng)流作業(yè)的所有人員撤到新鮮風(fēng)流中。c) 通風(fēng)機(jī)崗位工作人員立即打開(kāi)均壓風(fēng)門(mén)，連同風(fēng)門(mén)工作人員對(duì)現(xiàn)場(chǎng)風(fēng)量和氣體進(jìn)行實(shí)測(cè)，調(diào)節(jié)均壓調(diào)節(jié)風(fēng)門(mén)大小，形成全負(fù)壓通風(fēng)系統(tǒng)。d) 核對(duì)撤出人數(shù)，設(shè)置警戒嚴(yán)禁人員進(jìn)入工作面。

3) 均壓風(fēng)門(mén)受到破壞造成工作面泄壓的處理措施：a) 風(fēng)門(mén)工作人員應(yīng)該立即通告情況，將工作面及二巷超前支護(hù)20 m內(nèi)工作人員撤離到進(jìn)風(fēng)巷新鮮風(fēng)流中，將回風(fēng)順槽超前支護(hù)20 m外及在回風(fēng)流作業(yè)的所有人員撤到新鮮風(fēng)流中。b) 切斷均壓區(qū)域內(nèi)所有非本質(zhì)安全型電源。c) 通風(fēng)機(jī)崗位工作人員立即打開(kāi)均壓風(fēng)門(mén)，連同風(fēng)門(mén)工作人員對(duì)現(xiàn)場(chǎng)風(fēng)量和氣體進(jìn)行實(shí)測(cè)，調(diào)節(jié)均壓調(diào)節(jié)風(fēng)門(mén)大小，形成全負(fù)壓通風(fēng)系統(tǒng)。d) 核對(duì)撤出人數(shù)，在工作面巷口設(shè)警攔人，禁止任何人員進(jìn)入。e) 及時(shí)對(duì)均壓風(fēng)門(mén)進(jìn)行修復(fù)。

4 均壓通風(fēng)技術(shù)應(yīng)用的效果分析

應(yīng)用均壓通風(fēng)技術(shù)前后2-607工作面CH4、CO等參數(shù)情況見(jiàn)表1，2.

表1 均壓通風(fēng)技術(shù)應(yīng)用前2-607工作面氣體參數(shù)情況表

表2 均壓通風(fēng)技術(shù)應(yīng)用后2-607工作面氣體參數(shù)情況表

由表1數(shù)據(jù)可知，2-607工作面應(yīng)用均壓通風(fēng)技術(shù)后，回風(fēng)隅角CO濃度從8×10-6降低至0，回風(fēng)隅角CO2濃度從13.02%降低至0.35%，回風(fēng)隅角O2濃度從14.33%提高至19.99%>18%. 工作面、主運(yùn)順槽和回風(fēng)順槽的風(fēng)量對(duì)比之前有了明顯減少，而氣壓對(duì)比之前有了明顯上升；均壓通風(fēng)技術(shù)應(yīng)用后回風(fēng)順槽與主運(yùn)順槽的風(fēng)量差從104 m3/min降低至28 m3/min.

2-607工作面采用均壓通風(fēng)技術(shù)治理后，有效提高了工作面氣壓，防止2-607工作面上部采空區(qū)低氧氣體下泄，有效提高了2-607工作面回風(fēng)隅角氧氣濃度，使氧氣濃度>18%，2-607工作面上隅角低氧問(wèn)題得到解決，保障了工作面回采的安全。

5 結(jié) 語(yǔ)

1) 采用均壓通風(fēng)技術(shù)能夠很好地解決工作面回風(fēng)隅角低氧問(wèn)題，通過(guò)升高工作面氣體壓力，有效減少了臨近采空區(qū)有害氣體向生產(chǎn)工作面的運(yùn)移，保證了工作面的安全生產(chǎn)。

2) 使用均壓通風(fēng)時(shí)，可對(duì)臨近采空區(qū)與生產(chǎn)工作面氣壓壓差進(jìn)行監(jiān)測(cè)，以便配備高效、節(jié)能的局部通風(fēng)設(shè)施。

3) 實(shí)施均壓通風(fēng)技術(shù)施工必須達(dá)標(biāo)，同時(shí)需加強(qiáng)對(duì)工作面風(fēng)量、壓差等檢測(cè)，避免出現(xiàn)工作面風(fēng)流不穩(wěn)的現(xiàn)象。