均壓通風(fēng)技術(shù)在綜采工作面防滅火的應(yīng)用

劉龍海 宋玉明

（山西沁和能源集團(tuán)有限公司候村煤礦，山西 晉城 048000）

均壓通風(fēng)技術(shù)是一項(xiàng)合理、高效的通風(fēng)管理技術(shù)[1-2]，常應(yīng)用于煤礦調(diào)節(jié)、控制井下通風(fēng)系統(tǒng)中，尤其是綜采工作面瓦斯防治及防滅火管理。通過(guò)控制工作面進(jìn)、回風(fēng)巷空氣流動(dòng)情況，調(diào)節(jié)工作面風(fēng)壓壓差，且將壓差穩(wěn)定到合理的區(qū)間，有效控制工作面采空區(qū)漏風(fēng)量，抑制采空區(qū)煤體使其無(wú)法自燃，防止工作面上隅角CO 積聚，保障綜采工作面的安全生產(chǎn)[3-5]。沁河能源候村煤礦生產(chǎn)能力為120 t/a，礦井瓦斯等級(jí)為高瓦斯礦井，主采3 號(hào)煤層，煤層自燃傾向性等級(jí)為Ⅰ類(lèi)，自然發(fā)火周期為59 d，屬容易自燃煤層。礦井通風(fēng)方式為抽出式，主斜井及副立井進(jìn)風(fēng)，東翼風(fēng)井回風(fēng)。礦井以往采用以JSG-8 束管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)為主、人工監(jiān)測(cè)為輔的煤層自燃監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，采用噴灑阻化劑、注水、注漿等防滅火措施。礦井現(xiàn)采工作面為3605 綜采工作面，受地質(zhì)構(gòu)造影響，工作面回采過(guò)程中局部丟有底煤，由于采空區(qū)漏風(fēng)量較大，造成采空區(qū)內(nèi)遺煤發(fā)生自燃，導(dǎo)致工作面上隅角CO 異常涌出，甚至出現(xiàn)超限的現(xiàn)象。

1 3605 綜采工作面概況

3605 綜采工作面北臨3603 已回采工作面，南為-175 m 東翼皮帶運(yùn)輸大巷、東翼軌道運(yùn)輸大巷及煤柱，東至四采區(qū)保護(hù)煤柱，西至三采區(qū)軌道下山保護(hù)煤柱。3605 綜采工作面受候村滑動(dòng)構(gòu)造影響，3 號(hào)煤層賦存不穩(wěn)定。根據(jù)該工作面運(yùn)輸巷、回風(fēng)巷掘進(jìn)期間實(shí)揭地質(zhì)資料及工作面臨近鉆孔10915、鉆孔10807 資料分析，該工作面煤層分布不均一，煤層厚度0.1～10.2 m，平均厚度4.6 m，煤層頂?shù)装迤鸱^大。煤層頂板為中粒砂巖，平均厚度12.5 m，頂板堅(jiān)硬，硬度系數(shù)5～7；煤層底板為砂質(zhì)泥巖，平均厚度8 m，硬度系數(shù)2～3。工作面煤層頂?shù)装鍘r性見(jiàn)表 1。3605 綜采工作面在掘進(jìn)期間由于局部頂?shù)装迤鸱^大，工作面運(yùn)輸巷、回風(fēng)巷局部煤層賦存較厚，達(dá)到10.2 m 左右，存在丟底煤現(xiàn)象。工作面走向長(zhǎng)度502～698 m，傾斜長(zhǎng)度160 m，可采儲(chǔ)量58 萬(wàn)t。工作面采用走向長(zhǎng)臂后退式采煤法，全部垮落法管理頂板。采用U 型通風(fēng)系統(tǒng)，其中3605 膠帶巷為進(jìn)風(fēng)巷， 3605 輔運(yùn)巷為回風(fēng)巷，巷道斷面形狀均為半圓拱型，采用U 型鋼支護(hù)形式。

表1 工作面頂?shù)装鍘r性

2021 年5 月12 日—15 日，3605 綜采工作面組織生產(chǎn)期間，上隅角CO 出現(xiàn)異常涌出現(xiàn)象。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)人員檢測(cè)及查看束管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，CO 氣體含量為1.2×10-5～3×10-5且持續(xù)涌出，CO 傳感器出現(xiàn)四次報(bào)警。通過(guò)組織人員現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查及分析，確定CO異常涌出的原因?yàn)椴煽諈^(qū)漏風(fēng)造成遺留煤層氧化、自燃，產(chǎn)生的CO 氣體進(jìn)入工作面，導(dǎo)致工作面在生產(chǎn)期間上隅角CO 異常涌出，造成工作面停產(chǎn)。

2 均壓通風(fēng)技術(shù)的應(yīng)用

2.1 均壓通風(fēng)系統(tǒng)布置

在工作面原U 型通風(fēng)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，在工作面進(jìn)風(fēng)巷構(gòu)筑調(diào)風(fēng)設(shè)施，通過(guò)調(diào)配工作面進(jìn)風(fēng)量實(shí)現(xiàn)均壓通風(fēng)。工作面理論配風(fēng)量為1041 m3/min，結(jié)合工作面生產(chǎn)需要，實(shí)際配風(fēng)量為1621 m3/min。采用均壓通風(fēng)方式的目的為減小進(jìn)風(fēng)巷配風(fēng)量，從而控制向工作面采空區(qū)的漏風(fēng)量，減小進(jìn)風(fēng)巷與回風(fēng)巷之間的風(fēng)壓壓差，防止采空區(qū)內(nèi)煤體自燃產(chǎn)生CO涌入工作面。

2.2 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果分析

采用均壓通風(fēng)前，3605 進(jìn)風(fēng)巷風(fēng)量為1621 m3/min，風(fēng)壓為281 Pa；回風(fēng)巷風(fēng)量為1648 m3/min，風(fēng)壓為320 Pa。采用均壓通風(fēng)后，3605 進(jìn)風(fēng)巷風(fēng)量為1190 m3/min，風(fēng)壓為382 Pa；回風(fēng)巷風(fēng)量為1208 m3/min，風(fēng)壓為413 Pa。工作面均壓通風(fēng)系統(tǒng)示意圖如圖1 所示。

圖1 均壓后的通風(fēng)系統(tǒng)示意

（1）3605 工作面進(jìn)風(fēng)巷與回風(fēng)巷在采用均壓通風(fēng)方式前后風(fēng)量差分別為27 m3/min、18 m3/min，漏風(fēng)量減少9 m3/min。

（2）3605 工作面進(jìn)風(fēng)巷與回風(fēng)巷在采用均壓通風(fēng)方式前后風(fēng)壓差分別為39 Pa、31 Pa，風(fēng)壓壓差降低8 Pa，壓差更均衡。工作面進(jìn)風(fēng)巷氣壓增加101 Pa，回風(fēng)巷氣壓增加93 Pa，工作面氣壓明顯增大。

（3）通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)及束管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)顯示，上隅角CO 濃度降低至4×10-6～6×10-6，較采取均壓通風(fēng)系統(tǒng)前大幅度降低。

2.3 搬縫封堵

3605 工作面上隅角CO 濃度超限后，對(duì)3605工作面對(duì)應(yīng)地表區(qū)域搬縫開(kāi)展專(zhuān)項(xiàng)排查整治活動(dòng)。發(fā)現(xiàn)地表存在多處搬縫及塌陷區(qū)，立即協(xié)調(diào)人員對(duì)搬縫及塌陷區(qū)進(jìn)行回填，且安排專(zhuān)人驗(yàn)收回填質(zhì)量，杜絕地表空氣通過(guò)搬縫、塌陷區(qū)進(jìn)入工作面采空區(qū)?；靥罱Y(jié)束后，地測(cè)部門(mén)定期安排人員巡查工作面對(duì)應(yīng)地表區(qū)域，若出現(xiàn)新搬縫及塌陷區(qū)則立即安排人員進(jìn)行回填處理。

2.4 均壓通風(fēng)期間的防滅火措施

3605 工作面采用均壓通風(fēng)期間，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際條件，主要采取以下防滅火措施：

（1）利用3605 綜采工作面上、下順槽已安裝管路，配合地面注漿站，對(duì)采空區(qū)采取不間斷灌黃泥漿措施，同時(shí)建立注漿臺(tái)賬，確保有記錄可查。

（2）現(xiàn)場(chǎng)組織對(duì)與3605 綜采工作面連通的密閉墻進(jìn)行排查，對(duì)漏風(fēng)處采取灌漿或?qū)w加固、噴漿等措施。

（3）提高噴灑阻化劑頻率，增加噴灑次數(shù)及時(shí)間，確保采空區(qū)遺煤被完全覆蓋，控制煤層自燃或氧化。

（4）建立束管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，通過(guò)與工作面連通密閉墻墻體上的措施孔及在工作面上、下隅角埋設(shè)管路，利用監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)密閉墻、采空區(qū)內(nèi)氣體取樣分析，確定密閉墻內(nèi)氣體指標(biāo)及采空區(qū)內(nèi)是否存在煤層自燃、氧化。按照《3605 綜采工作面防滅火設(shè)計(jì)及安全技術(shù)措施》要求，通風(fēng)部門(mén)每天安排專(zhuān)人對(duì)密閉墻、采空區(qū)內(nèi)氣體進(jìn)行取樣分析，杜絕出現(xiàn)自然發(fā)火的預(yù)兆。

2.5 均壓通風(fēng)期間的安全保障措施

（1）3605 工作面采用均壓通風(fēng)期間，若上隅角、回風(fēng)巷等回風(fēng)流中出現(xiàn)CO 濃度＞2.4×10-5、CO2濃度＞1.5%、CH4濃度＞0.8%、漏風(fēng)量＞16 m3/min 等任一情形，造成工作面通風(fēng)失壓或斷電時(shí)，一方面對(duì)回風(fēng)巷采取增阻措施，調(diào)高工作面進(jìn)回風(fēng)巷之間的風(fēng)壓壓差，防止工作面有害氣體異常涌出或超限；另一方面必須立即停止工作面作業(yè)，由班組長(zhǎng)或安檢員帶領(lǐng)人員撤至新鮮風(fēng)流等安全區(qū)域，及時(shí)匯報(bào)至調(diào)度室及通風(fēng)部門(mén)，待處置結(jié)束且通風(fēng)系統(tǒng)穩(wěn)定后人員方可進(jìn)入。

（2）3605 工作面采用均壓通風(fēng)期間，通風(fēng)部門(mén)每班安排瓦斯員檢查進(jìn)、回風(fēng)巷調(diào)節(jié)設(shè)施，發(fā)現(xiàn)設(shè)施存在問(wèn)題及時(shí)處理，確保設(shè)施完整及通風(fēng)系統(tǒng)穩(wěn)定可靠。

（3）針對(duì)工作面生產(chǎn)期間出現(xiàn)大塊矸石或鐵器等可能造成設(shè)施損壞的情況，安排采煤隊(duì)在出煤期間看管設(shè)施，防止出現(xiàn)因設(shè)施損壞導(dǎo)致工作面風(fēng)量增大，進(jìn)一步導(dǎo)致采空區(qū)遺煤氧化、自燃。

（4）通風(fēng)部門(mén)每班安排瓦檢員檢查工作面上隅角及回風(fēng)巷 CO 濃度，發(fā)現(xiàn)異常情況立即向調(diào)度室及通風(fēng)部門(mén)匯報(bào)，并立即采取處理措施。

3 應(yīng)用效果分析

3605 工作面通過(guò)采用均壓通風(fēng)方式、搬縫封堵及其他防滅火措施，輔以采取安全保障措施后，工作面漏風(fēng)量減少9 m3/min，工作面氣壓明顯增大，風(fēng)壓壓差由原39 Pa 降低至31 Pa，工作面上隅角CO 濃度降低至4×10-6～6×10-6，極大緩解防滅火工作壓力。

4 結(jié)論

侯村煤礦3605 綜采工作面回采過(guò)程中，工作面上隅角出現(xiàn)CO 異常涌出及濃度超限現(xiàn)象。針對(duì)該問(wèn)題，采用均壓通風(fēng)技術(shù)，配合采取維護(hù)調(diào)節(jié)設(shè)施、加固密閉墻及回填地表搬縫等措施，控制采空區(qū)漏風(fēng)量低于8 m3/ min；另對(duì)采空區(qū)采取灌黃泥漿，對(duì)采空區(qū)遺煤加大噴灑阻化劑次數(shù)及時(shí)間，采用JSG-8束管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)及人工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)等防滅火措施，極大地限制因采空區(qū)漏風(fēng)造成遺煤自燃。工作面上隅角及回風(fēng)巷CO 濃度降低至4×10-6～6×10-6，切實(shí)控制CO 的異常涌出和超限，緩解工作面防滅火工作壓力，保障了工作面的安全生產(chǎn)。