臧燕杰，楊彥龍

(國(guó)網(wǎng)能源和豐煤電有限公司沙吉海煤礦，新疆 塔城 834700)

0 引言

煤炭在我國(guó)能源結(jié)構(gòu)中占據(jù)主導(dǎo)地位。近年來，隨著采煤工藝及技術(shù)的不斷改進(jìn)和綜采設(shè)備自動(dòng)化水平及可靠性的不斷提升，工作面的采煤效率得到不斷提升[1-3]。礦井火災(zāi)是礦山開采主要災(zāi)害之一[4]，相對(duì)于地面火災(zāi)，礦井火災(zāi)的特點(diǎn)主要是井下空間小、工作場(chǎng)所狹窄、難以躲避和疏散、不易被發(fā)現(xiàn)等，嚴(yán)重威脅到工作人員的生命及財(cái)產(chǎn)安全[5-7]。

回采工作面采空區(qū)遺煤易發(fā)生自燃，采空區(qū)可劃分為三帶，即散熱帶、氧化(自燃)帶、窒息帶[8-10]。采空區(qū)三帶的分布規(guī)律對(duì)防治采空區(qū)煤層自燃至關(guān)重要，一般可以根據(jù)氧化帶的分布范圍、自然發(fā)火期等制定合理的工作面推進(jìn)速度、防滅火系統(tǒng)，可有效防治采空區(qū)自燃。采空區(qū)三帶分布特征會(huì)受到通風(fēng)方式和漏風(fēng)量等因素的影響，同時(shí)合理的通風(fēng)方式也對(duì)安全生產(chǎn)、高產(chǎn)高效的礦井至關(guān)重要[11-13]。

沙吉海煤礦目前開采B10煤層屬于容易自燃煤層，根據(jù)《煤炭礦井設(shè)計(jì)防火規(guī)范》(GB 51078—2015)需采取綜合防滅火措施，同時(shí)根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》第150條規(guī)定，采、掘工作面應(yīng)當(dāng)實(shí)行獨(dú)立通風(fēng)，嚴(yán)禁2個(gè)采煤工作面之間串聯(lián)通風(fēng)。為了后期W05掘進(jìn)工作面能夠順利開工，符合規(guī)程要求，經(jīng)研究決定施工+630 m水平回風(fēng)通道，重新選址構(gòu)筑通風(fēng)設(shè)施，改變風(fēng)流線路，使W03綜放工作面通風(fēng)方式由下行通風(fēng)調(diào)整為上行通風(fēng)[14-16]。

1 礦井概況

沙吉海礦井設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力500萬t/年，采用兩斜井一立井的綜合開拓方式，主運(yùn)輸采用膠帶運(yùn)輸機(jī)，輔助運(yùn)輸為軌道+無軌膠輪混合運(yùn)輸，通風(fēng)方法采用機(jī)械抽出式，通風(fēng)方式為中央分列式，主、副斜井進(jìn)風(fēng)，立風(fēng)井回風(fēng)。

W03工作面位于三采區(qū)西翼，該工作面東部為運(yùn)輸上山保護(hù)煤柱，南部為W01工作面采空區(qū)，西部為井田邊界保護(hù)煤柱，北部為未開采工作面。目前W03工作面采用全風(fēng)壓“U”型下行通風(fēng)，通風(fēng)路線為軌道順槽進(jìn)風(fēng)，運(yùn)輸順槽回風(fēng)，設(shè)計(jì)配風(fēng)量1 281 m3/min。通風(fēng)線路為主(副)井→軌道石門→軌道上山→+630m水平車場(chǎng)繞道→W03軌道順槽→W03綜放工作面→W03運(yùn)輸順槽→W03運(yùn)輸順槽聯(lián)絡(luò)巷→+590 m水平車場(chǎng)繞道→+590 m水平繞道回風(fēng)道→回風(fēng)上山→+569 m水平回風(fēng)石門→立風(fēng)井→地面，具體工作面通風(fēng)路線如圖1所示。

圖1 調(diào)整前W03工作面通風(fēng)路線Fig.1 Ventilation route of W03 working face before adjustment

2 W03工作面通風(fēng)系統(tǒng)調(diào)整方案

2.1 通風(fēng)設(shè)施布置

為防止運(yùn)輸上山風(fēng)流經(jīng)+630 m水平回風(fēng)道直接進(jìn)回風(fēng)上山，造成工作面風(fēng)流短路，需在W03軌道順槽口構(gòu)筑1組永久風(fēng)門。為防止軌道上山風(fēng)流經(jīng)+630 m水平車場(chǎng)直接進(jìn)回風(fēng)上山，造成軌道上山風(fēng)機(jī)前風(fēng)流短路，需在+630 m水平車場(chǎng)內(nèi)(回風(fēng)道與軌道上山巷口之間)構(gòu)筑1組永久自動(dòng)風(fēng)門，具體風(fēng)門構(gòu)筑位置如圖2所示。為避免W03工作面進(jìn)風(fēng)流經(jīng)+590 m水平回風(fēng)道直接進(jìn)回風(fēng)上山，造成工作面風(fēng)流短路，需在+590 m水平車場(chǎng)(西翼側(cè))構(gòu)筑1組永久自動(dòng)風(fēng)門，具體風(fēng)門構(gòu)筑位置如圖3所示。

圖2 +630 m水平風(fēng)門構(gòu)筑位置Fig.2 Damper construction position in +630 m level

圖3 +590 m水平風(fēng)門構(gòu)筑位置Fig.3 Damper construction position in +590 m level

拆除W03運(yùn)輸順槽口永久風(fēng)門，保證工作面進(jìn)風(fēng)流暢通。為保證W03工作面調(diào)整為上行通風(fēng)后形成完整的獨(dú)立通風(fēng)系統(tǒng)，掘進(jìn)施工+630 m水平回風(fēng)道，最后形成通風(fēng)系統(tǒng)如圖4所示。回風(fēng)道采用EBZ-260型綜掘機(jī)掘進(jìn)，以錨網(wǎng)索噴的支護(hù)形式進(jìn)行永久支護(hù)，斷面積13.09 m2，掘進(jìn)期間采用局部通風(fēng)機(jī)通風(fēng)，設(shè)計(jì)風(fēng)量209 m3/min。

圖4 調(diào)整后W03工作面通風(fēng)路線Fig.4 Ventilation route of W03 working face after adjustment

根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》第143條規(guī)定，特編制貫通通風(fēng)系統(tǒng)調(diào)整方案及安全技術(shù)措施。貫通后通風(fēng)路線為主(副)斜井→軌道(運(yùn)輸)石門→運(yùn)輸上山→W03運(yùn)輸順槽→W03工作面→W03軌道順槽→+630 m水平車場(chǎng)繞道→+630 m水平回風(fēng)道→回風(fēng)上山→+569 m水平回風(fēng)石門→立風(fēng)井→地面。

2.2 安全技術(shù)方案

根據(jù)礦井采空區(qū)防滅火經(jīng)驗(yàn)，W03工作面采用以連續(xù)注氮、條帶式注漿為主，以撒施阻化劑、三相泡沫定向防滅火及地表裂隙回填為輔，監(jiān)測(cè)監(jiān)控、束管取樣分析和電阻測(cè)溫為監(jiān)測(cè)手段的綜合防滅火體系[17-19]。為了通風(fēng)系統(tǒng)調(diào)整后防滅火系統(tǒng)建設(shè)的合理性，提前做好防滅火分系統(tǒng)的建設(shè)。

W03工作面通風(fēng)系統(tǒng)調(diào)整時(shí)，成立了以總工程師為組長(zhǎng)的安全風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)評(píng)估小組，通過現(xiàn)場(chǎng)勘查以及調(diào)閱相關(guān)內(nèi)業(yè)資料，最后研究討論W03工作面通風(fēng)系統(tǒng)調(diào)整共辨識(shí)出9項(xiàng)危險(xiǎn)因素，不存在重大風(fēng)險(xiǎn)，針對(duì)辨識(shí)出的危險(xiǎn)因素編制《W03工作面通風(fēng)系統(tǒng)調(diào)整方案及安全技術(shù)措施》。嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)化要求構(gòu)筑好選定位置的通風(fēng)設(shè)施。按照《煤礦安全規(guī)程》第143條規(guī)定，編制專項(xiàng)貫通措施，做好貫通前后的風(fēng)量測(cè)定并做好記錄。嚴(yán)格落實(shí)瓦斯巡回檢查制度，杜絕瓦斯超限作業(yè)，且現(xiàn)場(chǎng)有專人指揮，嚴(yán)格按照提前制定的方案執(zhí)行。

3 調(diào)整W03工作面通風(fēng)方式的優(yōu)點(diǎn)

3.1 通風(fēng)系統(tǒng)布置

W03工作面通風(fēng)方式調(diào)整后，采用全風(fēng)壓“U”型上行通風(fēng)，通風(fēng)路線為運(yùn)輸順槽進(jìn)風(fēng)，軌道順槽回風(fēng)，通風(fēng)路線簡(jiǎn)單，進(jìn)回風(fēng)壓差分布均勻，減少采空區(qū)漏風(fēng)。瓦斯密度小于空氣，往往大部分漂浮于頂板上部，改為上行通風(fēng)后，風(fēng)流方向與瓦斯漂浮方向一致，這樣一來風(fēng)流對(duì)瓦斯的擾動(dòng)和混合能力減弱，容易造成上隅角瓦斯積聚，增大工作面風(fēng)量可以解決瓦斯積聚這一問題[20]。

3.2 調(diào)整后工作面采空區(qū)“三帶”分布

W03工作面通風(fēng)方式改變后，采空區(qū)“三帶”劃分重點(diǎn)以氧氣濃度為指標(biāo)，從工作面液壓支架前200 m沿軌道順槽底板靠近煤壁外幫敷設(shè)一趟5芯束管及溫度采集線路(共5根)，外套φ50 mm無縫鋼管，分別測(cè)定采空區(qū)不同位置氣體濃度變化。確定自燃“三帶”范圍時(shí)按照氧濃度劃分，散熱帶氧氣濃度>15%，氧化帶氧氣濃度在5%～15%，窒息帶氧氣濃度<5%。

經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)得出，進(jìn)風(fēng)側(cè)架后20 m范圍為散熱區(qū)，回風(fēng)側(cè)10 m范圍為散熱區(qū)；工作面傾向中部有一狹長(zhǎng)區(qū)域散熱區(qū)，其走向?qū)挾燃s15 m左右。采空區(qū)氧化升溫區(qū)有2個(gè)，一個(gè)位于進(jìn)風(fēng)側(cè)架后20～70 m，運(yùn)輸順槽煤幫至采空區(qū)20 m；另一個(gè)位于回風(fēng)側(cè)架后10～60 m，軌道順槽煤幫至采空區(qū)15 m，如圖5所示。

圖5 調(diào)整后采空區(qū)“三帶”范圍Fig.5 “Three zones” range in goaf after adjustment

采用不同的通風(fēng)方式監(jiān)測(cè)相同埋深的點(diǎn)。通風(fēng)方式改變前采空區(qū)CO濃度最高為68×10-6，埋深50 m后CO濃度逐漸下降，溫度最高28 ℃，埋深40 m后呈下降趨勢(shì)，O2濃度在氧化升溫帶下降緩慢?；仫L(fēng)隅角O2濃度整體在20%以下，存在低氧報(bào)警的風(fēng)險(xiǎn)，CO濃度長(zhǎng)期在22×10-6左右，存在氣體超限的風(fēng)險(xiǎn)。通風(fēng)方式改變后CO濃度最高58×10-6，埋深40 m后CO濃度逐漸下降，溫度最高27 ℃，埋深40 m后呈下降趨勢(shì)，O2濃度在氧化升溫帶下降較快，且“三帶”區(qū)域明顯縮小?；仫L(fēng)隅角O2濃度整體在20%以上，CO濃度整體在15×10-6左右，不存在氣體超限的風(fēng)險(xiǎn)。

4 結(jié)論

(1)通過改變W03工作面通風(fēng)方式，進(jìn)一步優(yōu)化局部通風(fēng)系統(tǒng)，促使W05運(yùn)輸順槽聯(lián)絡(luò)巷掘進(jìn)期間通風(fēng)更加合理，避免出現(xiàn)不合理的串聯(lián)通風(fēng)問題。

(2)調(diào)整通風(fēng)方式后，W03工作面“三帶”分布范圍減小，采空區(qū)CO氣體最高濃度由調(diào)整前68×10-6降低至58×10-6；回風(fēng)隅角O2濃度保持在20%以上，CO濃度不存在超限情況。

(3)治理工作面回風(fēng)隅角瓦斯效果顯著，采取以注氮、灌漿為主的綜合防滅火措施，能夠較好地預(yù)防采空區(qū)遺煤自然發(fā)火，促進(jìn)礦井安全生產(chǎn)和高質(zhì)量發(fā)展。