王金平 WANG Jin-ping；王學兵 WANG Xue-bing；王星偉 WANG Xing-wei

（神華寧夏煤業(yè)集團羊場灣礦，靈武750411）

1 礦井及工作面概述

羊場灣煤礦采用中央并列抽出式對礦井進行通風。自然瓦斯含量方面，煤層比較低，其瓦斯相對涌出量、絕對涌出量分別為0.1737m3/t、2.2902m3/min，二氧化碳的相對涌出量、絕對涌出量分別為0.2863m3/t、2.7745m3/min，可以說，該礦井是低瓦斯、低二氧化碳礦井。

2 工作面CO異常超限原因分析

2.1 外因分析 ①120201工作面開切眼周圍及上部沒有與其他采空區(qū)相連，且滯后110206開切眼近200m，因此可以排除其它采空區(qū)向工作面滲透CO氣體。②120201工作面自8月8日開采以來，只有在8月14日和8月20日分別在工作面使用過電焊，但使用地點都在5#支架以下，并且工作面8#支架以下一直有積水。

2.2 內因分析 可燃物條件：浮煤、生活垃圾等雜物出現(xiàn)在開切眼調車硐室內。供氧條件：自施工到工作面安裝期間，開切眼調車硐室一直采用擴散通風。聚熱環(huán)境：在礦井內部，由于長期通風不良，開切眼調車峒室在一定程度上為煤柱、可燃物聚熱創(chuàng)造了便利條件。自燃時間條件：從4月5日施工結束至8月22日，120201進風巷廢巷回采時間共計139天，超過了最短發(fā)火期23天。

3 工作面CO異常超限處理

3.1 第一階段：綜合實施防滅火措施

①向采空區(qū)通過工作面進風巷采空區(qū)預埋注氮管路，注氮量為1200m3/h；②在工作面上巷，通過預埋的灌漿管路，進而在一定程度上向采空區(qū)進行注水，每日的注水量為1000m3（120201綜采工作面注氮灌漿系統(tǒng)圖見圖1）；③在工作面支架的頂部，從上向下向采空區(qū)每隔20架施工一鉆孔下套管向采空區(qū)進行注水；④為了阻止CO氣體外泄，在上下隅角及工作面支架后部設置擋風簾；⑤為了工作面增壓，通常情況下，需要在下隅角處設置一趟風筒；⑥制定和完善防滅火措施，由于工作面設備運行與采取防滅火措施之間相互影響，進而在一定程度上影響了生產的正常進行。

圖1 120201綜采工作面注氮灌漿系統(tǒng)圖

3.2 第二階段：工作面封閉注氮階段

對于工作面采空區(qū)的煤炭自燃，在一定程度上難以通過綜合防滅火措施進行有效地控制，并且工作面156#支架在8月30日出現(xiàn)煙霧，在110206下運巷向120201切眼施工的鉆孔附近9月2日也出現(xiàn)明顯的煙霧。

3.2.1 封閉工作面 對于工作面通過臨時密閉、封閉的方式進行相應的處理，在距工作面50m處的工作面上、下順槽分別設置相應的板閉，對臨時密閉板材搭接處與巷道圍巖接觸處采用快速密閉材料進行噴涂處理，在風巷板閉另用2根4寸鋼管裝截止閥形成排氣管。

3.2.2 工作面封閉注氮時的通風系統(tǒng) 在工程項目施工過程中，為了避免進、回風兩巷封閉后進一步形成盲巷，在掘錨機通道的120201回風巷口向上20米處，各安設一臺11kW局扇，如圖2所示。

3.2.3 工作面封閉注氮期間封閉區(qū)域內的CO氣體變化狀態(tài)

A、封閉區(qū)內的氧氣變化趨勢：在封閉注氮的第2天（9月4日），累計注氮約70000m3，封閉區(qū)域內的氧氣濃度基本下降至5%以下。

圖2 封閉注氮時期工作面通風系統(tǒng)圖

B、封閉區(qū)內的一氧化碳氣體變化趨勢：封閉2天后，封閉區(qū)域內的一氧化碳氣體濃度有明顯的下降趨勢，從最高30000PPm，下降至5000PPm以下。

C、封閉區(qū)內的其它氣體變化趨勢：在封閉區(qū)內，最初氧化過程不是隨著氮氣量的增加，氧氣量的減少而氧化速度變緩，而是隨著封閉區(qū)內氧氣含量的減小，封閉區(qū)域內各種氣體達到一個平衡后，遺煤的氧化速度才能變緩。

3.3 第三階段：工作面啟封和排氮

①首先進行鎖風探查，即：在進風巷密閉的左上角處拆除兩塊木板，形成一個不大于0.5m2的孔洞，先使風筒偏離孔洞，然后逐漸靠近。②排氮：在施工過程中，分別對工作面進、回風流區(qū)域設置相應的警戒，并且在工作面進、回風流區(qū)域的CO的濃度小于24ppm，O2的濃度大于18%、CH4的濃度小于1%、CO2的濃度小于1.5%，在此基礎上，先打開排氣孔，然后對進、回風兩巷的板閉進行逐漸的拆除。

3.4 第四階段：均壓防火階段

3.4.1 120201綜采工作面通風系統(tǒng)及壓能分布狀況

①設置工作面的通風系統(tǒng)。對于120201綜采工作面來說，由于上順槽對應著進風巷，下順槽對應著回風巷，按照相應的設計要求，工作面的進風量通常為850m3/min，但是在作業(yè)過程中，實際進風量為960m3/min。

②120201綜采工作面通風阻力及風量分布。

A、工作面壓能分布圖：通過選擇、確定適宜的比例，并且畫出對應節(jié)點的等壓線，在等壓線上確定適當的點，同時將該點作為節(jié)點的位置。

B、均壓區(qū)域控制目標：對于通風系統(tǒng)的阻力分布、采空區(qū)的漏風壓差等，通過壓能圖可以清楚地看出，選擇工作面上隅角為調壓的參考點，進而在一定程度上確定工作面調壓參考點的調壓值，△hme為：△hme=14.96-13.31=1.65（mmH2O）=16.5（Pa）。

3.4.2 設計工作面均壓方案

采用“U型”負壓對工作面進行相應的通風處理，120201的上順槽、下順槽分別對應著進風巷和回風巷，使得采空區(qū)的漏風量在一定程度上大大增加。

增壓具體設計方案為：

①設計原則。

A、維持原綜采工作面設計風量。

B、采用風窗。

②均壓參數計算。

由于保持工作面原有風量不變的調節(jié)。則調壓值為：

△hme=hf=hw=16.5Pa

式中，△hme、hf、hw 分別代表調壓值，（Pa）、輔助通風機的工作同風壓，（Pa）、調節(jié)風窗對風流所產生的阻力，（Pa）。

③調節(jié)風窗的設置。

在下順槽中選擇合適的位置，同時設置兩道風門，風門之間的間距控制在6m。將一個矩形帶拉板的窗口設置在風門的上方，同時在其下方設置自動閉鎖封門。

④調節(jié)風窗開啟面積的計算。

Sw=Q×S/（Q+0.759S×hw0.5）

式中，Sw、S、Q、hw分別代表：開啟調節(jié)風窗的面積，（m2）、風窗處的巷道斷面，（m2）、工作面供風量，（m3/s）、風窗調節(jié)對風流產生的阻力，（Pa）。

⑤通風機的選型。

選擇相應的防爆通風機型號及其主要參數為：型號、功率、風量、風壓分別為FBDNo7.1/3×75型二級對旋式局部防爆風機、2×75kW（對旋風機）、400～1150m3/min、820～9800Pa。

⑥輔助通風機的設置。

A、上順槽的風機設在120201回風巷（進風流）內距工作面200米處，共4臺。

B、在進、出風口共同各設置一道板墻或輕質預制塊墻，墻中間設風門。

C、選擇的風機滿足風量要求，但風壓偏大。

D、為了提高相應的調壓效果，安裝輔助風機后，需要測試調壓工作面的風量和輔助通風機兩側風流的壓差。

⑦均壓系統(tǒng)。

根據120201綜采工作面通風系統(tǒng)和均壓要求，在120201回風巷（進風流）安裝輔助局扇，在下運巷安裝調節(jié)風窗。

3.4.3 均壓系統(tǒng)的動態(tài)監(jiān)測

為了對調壓效果進行觀測，需要將壓差計安設在調節(jié)風門上，進而在一定程度上通過安全監(jiān)控系統(tǒng)動態(tài)監(jiān)測調壓區(qū)的壓力變化情況。

3.5 第五階段：正常生產階段

對于該工作面來說，截止到12月底，其累計推進600米，并且120201下隅角、回風流、采空區(qū)等的一氧化碳比較穩(wěn)定，同時并呈現(xiàn)不斷下降的趨勢。

4 效益評價

4.1 通過相應的技術實踐，進一步增加了羊場灣煤礦120201復合煤層大采高工作面的產量，其年產量高達800萬噸。

4.2 隨著對CO異常超限進行技術處理，以及相應的實踐的研究，今后寧東礦區(qū)大采高工作面將會逐漸增多，進而在一定程度上可以有效地防止大采高工作面出現(xiàn)自燃現(xiàn)象，該技術在集團公司各礦井類似條件下得到推廣性使用。

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