東曲煤礦29204工作面通風及瓦斯治理設計

康龍龍

（山西焦煤西山煤電東曲礦）

據(jù)統(tǒng)計，2022年我國工業(yè)原煤產(chǎn)量已達45.6 億t［1］，與2021 年相比增加了9%［2］。但隨著淺部煤層的逐漸開采殆盡［3］，原煤產(chǎn)量的逐漸上升即代表煤層的開采深度也逐漸加深［4］，這無形中對煤礦的安全生產(chǎn)工作提出了更高的要求。本文基于礦井已有的資料對東曲煤礦29204 工作面的通風系統(tǒng)和瓦斯治理系統(tǒng)進行規(guī)劃設計，以期對煤礦安全措施的制定提供一定的參考。

1 工作面概況

東曲煤礦29204 工作面位于+860 水平二采區(qū)9#煤層，該工作面北東為+860 水平二采區(qū)邊界回風巷，北西為28202 低抽巷，南東為28206 低抽巷，南西為+860 總回風巷，上方為28204 工作面（已回采）。29204 工作面所回采9#煤層屬上石炭統(tǒng)太原組煤層，結構簡單，煤層厚度變化不大，屬穩(wěn)定煤層。煤層厚度1.9～2.8 m，平均2.47 m。29204 工作面走向長度1 210、1 221 m，傾斜長為141 m，軌順巷道斷面13.02 m2，皮帶順槽巷道斷面13.95 m2，切眼斷面為21.08 m2。29204 工作面整體呈單斜構造，在回采過程中預計揭露斷層5 條，對回采有一定影響，該工作面區(qū)域有2 處陷落柱，對回采無影響。水文地質(zhì)條件簡單，不受地表水、小窯老空水影響，頂板為砂質(zhì)泥巖，為相對隔水層，不含水，對回采無影響，因此需要對該工作面的通風系統(tǒng)和瓦斯治理系統(tǒng)進行規(guī)劃設計。

2 29204工作面通風系統(tǒng)

2.1 工作面U型通風系統(tǒng)

根據(jù)《東曲煤礦瓦斯涌出量預測》，預計29204 工作面回采期間最大絕對瓦斯涌出量為4 m3/min，相對瓦斯涌出量1.77 m3/t。工作面采用U 型通風系統(tǒng)，軌道順槽進風，皮帶順槽回風。

2.2 工作面通風、反風系統(tǒng)

新鮮風流：西平硐—下水平猴車暗斜井—+860東翼軌道巷—二采3#聯(lián)絡巷帶—聯(lián)絡巷—29204 軌道順槽—工作面。

污濁風流: 工作面—29204 皮帶順槽—29204 皮順回風聯(lián)絡巷—+860總回風巷—+860水平下組煤總回風巷—長峪溝回風井—地面。

2.3 需風量計算

2.3.1 按氣象條件計算

按照氣象條件計算需風量Qcf1為

式中，Vcf為工作面風速，取1.0 m/s；S為工作面的平均有效斷面積，取13.888 m2；Kh為采高系數(shù)，取1.2；Kl為長度系數(shù)，取1。

計算得出需風量為700 m3/min。

2.3.2 按瓦斯涌出量計算

29204 工作面回采時，預計絕對瓦斯涌出量4 m3/min，其中瓦斯抽采量1 m3/min，風排瓦斯量3 m3/min，按照瓦斯涌出量計算需風量Qcf2為

式中，Qcg為回風巷絕對瓦斯涌出量，m3/min；Kcg為瓦斯涌出不均勻備用風量系數(shù)，取1.70。

計算得出需風量為638 m3/min。

2.3.3 按照二氧化碳涌出量計算

按照氣象條件計算需風量Qcf3為

式中，qcc為絕對CO2涌出量，m3/min；Kcc為備用風量系數(shù)，取1.20。

計算得出需風量為96 m3/min。

2.3.4 按人數(shù)計算

按人數(shù)條件計算需風量Qcf4為

式中，Ncf采煤工作面同時作業(yè)的最多人數(shù)，取40人。

計算得出需風量為160 m3/min。

根據(jù)4種需風量計算，取以上計算結果的最大值700m3/min為29204工作面的實際需要風量。

2.4 風速驗算

驗算最小風量：

式中，h為采高，取3.1m；Smin為最小有效斷面積，m2；Lmin最小控頂距，取4.08 m。

驗算最大風量：

式中，Smax為最大有效斷面積，m2；Lmax為最大控頂距，取4.88 m；

通過驗算可知，159 m3/min＜700 m3/min＜2 656 m3/min。因此，29204 工作面實際需要風量取700 m3/min即可以滿足工作面風速要求。

3 瓦斯治理方案

3.1 設置瓦檢員

在煤礦生產(chǎn)期間，每班需安排瓦檢員至少檢查3次工作面及回風流中瓦斯?jié)舛?，同時需檢查各類傳感器及安全防護裝置的運行狀況，如發(fā)現(xiàn)異常狀況應馬上向調(diào)度室匯報［5］。瓦檢員在工作過程中需嚴格遵守瓦檢員崗位責任制及其他各類安全操作規(guī)程，在其巡檢過程中要如實填寫各類表格，同時需要將檢查結果告知井下負責人［6］。瓦檢員在檢查過程中如發(fā)現(xiàn)瓦斯?jié)舛瘸霈F(xiàn)異常，應當迅速安排現(xiàn)場員工撤離至安全地點，并向調(diào)度室匯報，按照預設方案解決瓦斯?jié)舛犬惓栴}，直至瓦斯?jié)舛然謴驼７娇衫^續(xù)作業(yè)。當班瓦檢員與上班瓦檢員應現(xiàn)場交接，在交接時需準確描述是否存在問題及其他各類隱患。

3.2 瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測

在工作面進風流及上隅角布置甲烷傳感器。如果檢測到瓦斯?jié)舛瘸^0.8%時，應當立即停止作業(yè)，關閉區(qū)域內(nèi)所有電源并組織人員撤離至安全地點，之后由礦總工程師組織通風、安監(jiān)等部門進行聯(lián)合調(diào)查，采取相應的措施并使瓦斯?jié)舛冉档揭?guī)定值后才可繼續(xù)生產(chǎn)［7］。每班下井的隊長及其他技術人員需攜帶便攜式瓦斯檢測儀，隨時對現(xiàn)場瓦斯?jié)舛冗M行測量。通風隊要保證各用風地點的風量滿足要求，并定期進行核查。放炮作業(yè)前要制定相應的安全措施，并落實一炮三檢制度［8］。

3.3 瓦斯抽采

由于29204 工作面采用U 型通風系統(tǒng)，根據(jù)工作面瓦斯抽采方案的要求，在29204皮帶順槽布置一趟上隅角抽采管路。上隅角插管抽采沿29204 皮帶順槽距巷道頂板120 mm，采用鋼絲繩加管卡的方式吊掛在巷道的右?guī)汀．敼苈钒惭b到距工作面30 m 的位置，采用φ500 mm 彈簧風筒延伸到端頭液壓支架側護板，跟隨工作面回采支架移挪收縮風筒抽采。當工作面超前支護與抽采管路接觸時，拆除20 m 抽采管路，確保管路末端距工作面30 m，并調(diào)整彈簧風筒的長度，保證上隅角抽采的穩(wěn)定。

在20204 皮帶順槽布置瓦斯抽采系統(tǒng)，沿著巷道鋪設瓦斯抽采管路，使用絕緣工具將抽采管路固定在距離頂板和巷幫300 mm的位置。在抽采管路上每間隔100 m 安裝一處接地裝置，此接地裝置的電阻值應小于80 Ω。在瓦斯抽采管路的出口位置應安裝各類監(jiān)測傳感器、流量計以及安全裝置等。

所有的瓦斯抽采管路上都應配備各類傳感器，監(jiān)測瓦斯?jié)舛?、流量，一氧化碳濃度、流量等參?shù)，且傳感器要定期組織專門人員進行檢查，核查其運行情況、檢測準確度等，以防其失效或出現(xiàn)較大誤差而造成其他嚴重后果。

3.4 綜合防突措施

3.4.1 區(qū)域防突措施

3.4.1.1 突出危險性預測

根據(jù)《西山煤電（集團）有限責任公司東曲礦9#煤層煤與瓦斯突出危險性區(qū)域預測報告》，29204 工作面無突出危險性。

在工作面回采的過程中，需每隔1 段距離進行1次區(qū)域驗證［9］。如果結果顯示無突出危險，則采取相應防護措施后即可回采；如果結果顯示有突出危險，應該立即實施工作面防突措施，且之后的采掘作業(yè)必須采取局部綜合防突措施。

3.4.1.2 區(qū)域驗證

驗證方法為鉆屑瓦斯解吸指標法，指標為鉆屑瓦斯解吸指標K1值和鉆屑量S值。

施工驗證鉆孔時根據(jù)工作面實際情況使用手持式風動鉆機或手持式乳化液鉆機，配套φ42 mm 鉆桿和φ45 mm 鉆頭。進行區(qū)域驗證時，在29204 切眼每隔15 m 施工1 個孔徑為42 mm、深10 m 的驗證孔，鉆孔與回采方向平行。29204 切眼長136 m，每次區(qū)域驗證至少需施工9個驗證孔。鉆孔時，測定每米的鉆屑量S，同時隔2 m測定一次指標K1。

在工作面回采過程中，若連續(xù)2次驗證結果為無突出危險，保留2 m 的預測超前距進行回采（允許回采進度為8 m）。從第三次區(qū)域驗證開始，每天進行1次區(qū)域驗證。在構造破壞帶連續(xù)進行區(qū)域驗證。區(qū)域驗證納入工作面正常作業(yè)工序，在確保滿足上述所有條件的前提下，每天在檢修班進行。

若指標K1和S的測定結果均處于安全范圍內(nèi)，在回采過程中未見突出隱患，即可認定該區(qū)段無突出危險；在回采過程中有突出隱患出現(xiàn)，則認定該工作面有突出危險性，在工作面回采的過程中需實施相應的防突措施。若指標K1或S的測定結果未處于安全范圍，則認定該工作面有突出危險性，在工作面回采的過程中需實施相應的防突措施。

3.4.2 局部防突措施

3.4.2.1 突出危險性預測

預測的方法及判斷標準與區(qū)域驗證相同，預測無危險后回采8m 繼續(xù)進行預測，以此循環(huán)。在工作面推進的過程中，如發(fā)現(xiàn)地層結構不連續(xù)，必須采取防突措施后才能繼續(xù)回采。

3.4.2.2 工作面防突措施

根據(jù)《防治煤與瓦斯突出細則》第一百零二條可知，如預測結果顯示有突出危險性，可在工作面前方打鉆孔預抽瓦斯以消除突出危險性。

在29204 切眼施工2 排孔徑75 mm、孔深15 m 的排放孔，縱向間距1 m，橫向間距5 m，排放孔施工完成后必須預抽瓦斯4 h以上。

鉆孔時應使用氣動架柱式鉆機或鉆進能力相當?shù)你@機，配套φ69mm 鉆桿和φ75mm 鉆頭。鉆孔在控制范圍內(nèi)應均勻布置，煤層地質(zhì)結構出現(xiàn)異常時，必須了解具體情況，酌情修改鉆孔參數(shù)并報總工程師批準后實施。

3.4.2.3 防突措施檢驗

鉆孔預抽煤層瓦斯之后，應對其防突效果進行檢驗，檢驗的原則與預測的方法相同。

檢驗孔與預測孔、預抽孔不能交叉或連通。檢驗所得指標均處于安全范圍內(nèi)時，且在回采過程中無突出隱患出現(xiàn)時，可以認為防突措施發(fā)揮了作用。若指標K1或S的測定結果未處于安全范圍，則認定防突措施未發(fā)揮作用，此時可繼續(xù)進行回采；若在回采過程中有突出隱患出現(xiàn)，也認定防突措施未發(fā)揮作用，此時必須采取其他防突措施，直至指標測定結果處于安全范圍。

3.4.3 安全防護措施

已建成的+860 水平東翼永久避難硐室服務于29204 工作面所在的采區(qū)。+860 水平東翼永久避難硐室位于+860水平石門和+860水平東翼軌道巷連接處，設計長度80 m，可容納100人避險。

29204 軌道順槽掘進期間安設2 個臨時避難硐室，分別位于450、950 m 處。29204 皮帶順槽掘進期間安設2 個臨時避難硐室，分別位于400、800 m 處。工作面回采前應對避難硐室支護進行修繕，對內(nèi)部設施進行維護，確?？烧Ｊ褂谩１茈y硐室必須噴漿處理，噴漿厚度不小于100 mm；避難硐室的面積必須大于每人0.5 m2的標準，其大門應設計為向外開啟，且平時處于常開狀態(tài)；避難硐室內(nèi)應有與外界保持通訊聯(lián)絡的設備，同時配備供氧、供水以及食物，且其數(shù)量必須能夠滿足工作面所有人避難的需求。

工作面回風順槽與進風巷間的聯(lián)絡巷安設1 組（2道）反向風門。構筑風門的墻體其厚度應大于800 mm，墻體四周應深入巖體至少500 mm，2道風門間隔需在4 m 以上。如果有輸送機、軌道等設施通過風門，必須設置安全設施。工作面內(nèi)有人員進行工作時，反向風門必須處于開通狀態(tài)。

在工作面回采過程中，如需進行爆破作業(yè)，必須按照爆破作業(yè)操作規(guī)程進行操作，選擇遠距離爆破方法進行作業(yè)，在爆破作業(yè)的過程中需采取一定的防護措施。爆破地點與工作面之間距離應在100 m以上，同時撤離工作面的人員并斷電，在爆破作業(yè)結束30 min 之后，需進入工作面檢驗是否存在安全隱患，確認全部安全之后，方可恢復生產(chǎn)。

井下安設壓風自救裝置的位置有距離工作面30 m 左右的巷道內(nèi)、爆破作業(yè)位置、爆破作業(yè)時人員集中位置、與地面聯(lián)絡的硐室、回風巷中需要人員作業(yè)的地點。1 組壓風自救裝置可供多人共同使用，且平均到每個人的供風量應在0.1 m3/min以上。

4 監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)

4.1 監(jiān)控設備

29204 工作面監(jiān)控設備共計安設各類傳感器21臺，6臺工作面瓦斯傳感器、3臺一氧化碳傳感器、1臺溫度傳感器、1臺煙霧傳感器、1臺風速傳感器、1臺風向傳感器、1臺粉塵傳感器、3臺設備開停傳感器、1臺饋電傳感器、1臺斷電傳感器、1臺風門語音傳感器、1臺機載斷電儀。

4.2 傳感器安設

29204工作面進風流距進風巷口10～15 m處設甲烷和風向傳感器；切眼10 m 內(nèi)設甲烷傳感器；工作面上隅角回風流設甲烷傳感器、一氧化碳傳感器；工作面回風流距工作面10 m 內(nèi)設甲烷傳感器；工作面回風流距工作面煤壁30 m 內(nèi)設粉塵傳感器；工作面回風流距回風巷口10～15 m 處設甲烷傳感器、一氧化碳傳感器、溫度傳感器、風速傳感器；回風順槽中部設甲烷傳感器；皮帶頭的下風側10～15 m 處安裝一氧化碳、煙霧傳感器。工作面探頭吊掛位置距頂不大于300 mm，距幫不小于200 mm。

4.3 監(jiān)測監(jiān)控

當甲烷傳感器、一氧化碳傳感器等其他傳感器監(jiān)測到空氣成分及濃度出現(xiàn)異常狀況時，應當立即停止作業(yè)并將工作面人員全部撤離至安全區(qū)域，同時及時向地面調(diào)度室匯報，若瓦斯?jié)舛瘸霈F(xiàn)異常時，在進行上述操作的同時還應切斷電源，防止引起瓦斯或粉塵爆炸［10］。安排專人按照操作規(guī)程解決空氣成分濃度異常的問題后，在做好安全防護的前提下方可恢復生產(chǎn)。

4.4 應用效果分析

29204 工作面在回采過程中，采用U 型通風系統(tǒng)，制定了一系列瓦斯防治措施，同時布置了多組傳感器，實時監(jiān)測空氣中的CH4濃度、CO 濃度、粉塵濃度、風速、溫度等參數(shù)。監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，工作面的平均粉塵濃度長期保持在160 mg/m3以下，平均CH4濃度長期保持在0.5%以下。這表明通風及瓦斯防治系統(tǒng)在29204工作面應用取得了較好的效果。

5 結語

（1）煤礦井下通風系統(tǒng)對于人員安全和瓦斯防治有重要作用，完善的通風系統(tǒng)能保障煤礦安全生產(chǎn)的順利進行。東曲煤礦29204 工作面采用U 型通風系統(tǒng)，軌道順槽進風，皮帶順槽回風，需風量為700 m3/min。

（2）制定瓦斯防治措施，通過設置瓦檢員、鋪設瓦斯抽采系統(tǒng)、落實區(qū)域防突措施、局部防突措施和安全防護措施來保證煤礦井下安全生產(chǎn)順利進行。

（3）通過構建監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)，并設置了多個傳感器實時監(jiān)測空氣中的有害氣體成分，根據(jù)監(jiān)測結果可知，29204 工作面通風系統(tǒng)及瓦斯防治系統(tǒng)的應用取得了較好的效果。