杜回東

（汾西礦業(yè)集團(tuán)煤礦安全監(jiān)察中心，山西 介休 032000）

引言

煤層（遺煤）自燃發(fā)火是礦井生產(chǎn)過(guò)程中需要重點(diǎn)解決的問(wèn)題[1]。當(dāng)開(kāi)采煤層為近距離煤層群且煤層有自燃發(fā)火傾向性時(shí)，開(kāi)采煤層采空區(qū)內(nèi)頂?shù)装辶严稌?huì)與鄰近層采空區(qū)或者煤層導(dǎo)通，形成漏風(fēng)通道，給采空區(qū)遺煤自燃發(fā)火防治工作開(kāi)展帶來(lái)顯著制約影響[2-5]。近些年來(lái)，針對(duì)煤層自燃發(fā)火防治多采用注漿、均壓通風(fēng)、注氮、注凝膠等措施，并在現(xiàn)場(chǎng)取得較好的應(yīng)用成果[6]。均壓通風(fēng)是防治綜采工作面CO 超限的重要措施之一，是通過(guò)調(diào)壓設(shè)備調(diào)整巷道內(nèi)風(fēng)壓，從而均衡采空區(qū)區(qū)（火區(qū)）與采面巷道內(nèi)風(fēng)壓，避免空氣流動(dòng)、交換，以便達(dá)到抑制煤層氧化自燃進(jìn)程目的[7]。均壓通風(fēng)具有費(fèi)用低、工程量小以及效果顯著等優(yōu)勢(shì)。文中以山西某礦5303 綜采工作面開(kāi)采為工程背景，針對(duì)近距離煤層開(kāi)采存在采空區(qū)漏風(fēng)通道發(fā)育、采面內(nèi)CO 超限問(wèn)題，提出采用均壓通風(fēng)技術(shù)進(jìn)行防滅火，現(xiàn)場(chǎng)取得較好應(yīng)用成果。

1 工程概況

山西某礦為設(shè)計(jì)產(chǎn)能300 萬(wàn)t/a 的現(xiàn)代化礦井，現(xiàn)階段開(kāi)采集中在淺部的3#、5#及6#煤層，煤層厚度分別為6.32 m、3.75 m、2.73 m，煤層自燃發(fā)火傾向性均為II 類(lèi)，底板巖性以粉砂巖、泥巖以及粗砂巖為主。3#、5#及6#煤層層間距分別為28.9 m、15.7 m。5303 綜采工作面開(kāi)采5#煤層，采面設(shè)計(jì)走向、傾向長(zhǎng)度分別為780 m、156 m，5303 煤層上覆為3# 煤層3301、3303 采空區(qū)，由于3#煤層采用綜放開(kāi)采工藝，采空區(qū)內(nèi)有部分遺煤。

5303 綜采工作面在回采推進(jìn)至650 m 時(shí)，受外界環(huán)境影響臨時(shí)停采一個(gè)月，雖然采用常規(guī)的噴射阻化劑、降低采空區(qū)漏風(fēng)以及適當(dāng)降低采面供風(fēng)量等措施，但是采面回風(fēng)隅角仍監(jiān)測(cè)到CO，濃度（體積分?jǐn)?shù)，下同）最高可達(dá)75×10-6，通過(guò)束管監(jiān)測(cè)5303 內(nèi)CO濃度較低，一般在5×10-6以?xún)?nèi)。為確保采面后續(xù)回采安全，提出采用在采面后續(xù)生產(chǎn)過(guò)程中采用均壓通風(fēng)。

2 均壓通風(fēng)防滅火技術(shù)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

2.1 技術(shù)原理

均壓通風(fēng)是調(diào)整采面內(nèi)風(fēng)量、風(fēng)壓分布，達(dá)到均衡回采巷道間、采面與采空區(qū)壓差，減少漏風(fēng)以及空氣交換，以便達(dá)到抑制煤層自燃、惰化火區(qū)等目的。均壓通風(fēng)時(shí)常用的調(diào)風(fēng)設(shè)備包括有局部通風(fēng)機(jī)、風(fēng)窗、風(fēng)門(mén)等，一般在進(jìn)風(fēng)巷側(cè)布置2 道風(fēng)門(mén)、回風(fēng)側(cè)布置2 道調(diào)壓風(fēng)門(mén)，通過(guò)進(jìn)風(fēng)巷風(fēng)門(mén)外側(cè)的局部通風(fēng)機(jī)向采面內(nèi)供風(fēng)，以便在回采巷道風(fēng)門(mén)間、采面內(nèi)形成正壓通風(fēng)區(qū)，形成均壓通風(fēng)環(huán)境。

2.2 現(xiàn)場(chǎng)布置方案

在5303 綜采工作面進(jìn)、回風(fēng)巷分別布置通風(fēng)構(gòu)筑物，增加系統(tǒng)通風(fēng)阻力，減少采面風(fēng)量，在進(jìn)風(fēng)巷內(nèi)布置局部通風(fēng)機(jī)向采面內(nèi)供風(fēng)。

在5303 回風(fēng)巷內(nèi)布置2 道調(diào)壓風(fēng)門(mén)并在風(fēng)門(mén)上安裝鐵質(zhì)調(diào)節(jié)風(fēng)窗（500 mm×1 200 mm），便于調(diào)控采面供風(fēng)。在采面進(jìn)風(fēng)巷內(nèi)先經(jīng)帶式輸送機(jī)機(jī)頭往后收縮20 m 并搭接一部帶式輸送機(jī)進(jìn)行煤炭運(yùn)輸，后在進(jìn)風(fēng)巷內(nèi)間隔5 m 布置2 道風(fēng)門(mén)，風(fēng)門(mén)墻體上預(yù)留800 mm 風(fēng)筒硐；在刮板輸送機(jī)通過(guò)風(fēng)門(mén)位置采用舊膠帶封堵從而減少漏風(fēng)量；在軌道運(yùn)輸車(chē)場(chǎng)內(nèi)安裝2 臺(tái)型號(hào)FBDYNo.6.3/2×30 kW 局部通風(fēng)機(jī)（一備一用），風(fēng)筒出口距離風(fēng)門(mén)間距控制在2 m 以?xún)?nèi)。具體采面均壓通風(fēng)系統(tǒng)布置，如圖1 所示。

圖1 均壓通風(fēng)系統(tǒng)示意圖

根據(jù)理論計(jì)算發(fā)現(xiàn)5303 綜采工作面正常回采期間供風(fēng)量應(yīng)控制在500 m3/min，在通風(fēng)過(guò)程中進(jìn)風(fēng)巷側(cè)風(fēng)量應(yīng)適當(dāng)大于回風(fēng)巷側(cè)，從而降低采空區(qū)以及鄰近層有害氣體向回采空間涌出。依據(jù)采面進(jìn)、回風(fēng)巷風(fēng)壓差，采面CO 濃度測(cè)定結(jié)果，對(duì)回風(fēng)巷風(fēng)門(mén)調(diào)節(jié)風(fēng)窗開(kāi)孔進(jìn)行調(diào)整，確保在均壓通風(fēng)期間風(fēng)量既可滿(mǎn)足要求、回采巷道間風(fēng)壓差過(guò)大或者過(guò)小，確保采面通風(fēng)穩(wěn)定。

通過(guò)多次調(diào)節(jié)風(fēng)門(mén)風(fēng)窗，對(duì)采面通風(fēng)進(jìn)行調(diào)整，最終確定當(dāng)采面進(jìn)風(fēng)巷與回風(fēng)巷間風(fēng)量差控制在20 m3/min，此時(shí)回風(fēng)隅角位置CO 濃度控制在5×10-6以?xún)?nèi)，取得較好均壓通風(fēng)防滅火效果。

2.3 均壓通風(fēng)安全技術(shù)措施

在采面均壓通風(fēng)防滅火期間每班均對(duì)回風(fēng)巷、上隅角、采空區(qū)以及采面內(nèi)等位置CO 濃度進(jìn)行檢測(cè)，確保生產(chǎn)期間采面內(nèi)CO 濃度始終在安全范圍內(nèi)，并根據(jù)測(cè)定有害氣體濃度變化情況對(duì)兩巷間風(fēng)壓及風(fēng)量差進(jìn)行調(diào)節(jié)。

在均壓通風(fēng)期間，為確保采面通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)壓、風(fēng)流可靠，應(yīng)盡量減少人員通過(guò)風(fēng)門(mén)頻率，嚴(yán)禁無(wú)關(guān)人員非計(jì)劃帶起或者關(guān)閉風(fēng)機(jī)，嚴(yán)禁2 道風(fēng)門(mén)同時(shí)開(kāi)啟。一旦局部通風(fēng)機(jī)停機(jī)停機(jī)時(shí)，應(yīng)及時(shí)開(kāi)且采面內(nèi)風(fēng)門(mén)確保工作面可正常通風(fēng)。當(dāng)發(fā)現(xiàn)CO 濃度超限時(shí)應(yīng)立即將井下作業(yè)人員回撤至新鮮風(fēng)流中，并采取適當(dāng)?shù)闹卫泶胧?/p>

在均壓通風(fēng)期間應(yīng)確保局部通風(fēng)機(jī)供風(fēng)量在500 m3/min 以上，當(dāng)進(jìn)、回風(fēng)巷間風(fēng)量差超過(guò)100 m3/min時(shí)必須調(diào)節(jié)回風(fēng)巷風(fēng)窗面積。

在均壓通風(fēng)期間隨時(shí)監(jiān)測(cè)采面上端頭位置O2、CO、CH4等氣體濃度，同時(shí)可通過(guò)開(kāi)啟壓風(fēng)噴霧裝置稀釋上端頭CO 濃度并增加O2濃度。

2.4 其他輔助措施

在采面采用均壓通風(fēng)措施后，綜合使用上部采空區(qū)注氮、上下端頭封堵、提升回采速度以及強(qiáng)化地面裂隙封堵等措施，提高防滅火效果。在5303 回風(fēng)巷內(nèi)向巷道頂板布置鉆孔，從而向上覆3301 采空區(qū)注入氮?dú)?；上下端頭位置分別布置L 型風(fēng)障，風(fēng)障長(zhǎng)度控制在15 m 以上，并與頂板、底板嚴(yán)密接觸，減少采空區(qū)漏風(fēng)量。參照礦井井上下對(duì)照?qǐng)D以及采掘工程平面圖組織設(shè)備及人員對(duì)采空區(qū)對(duì)應(yīng)的地表塌陷區(qū)進(jìn)行回填，并派人巡檢，發(fā)現(xiàn)裂隙及時(shí)封堵。

提高5303 回采工作面推進(jìn)速度，將每天割5 刀提升至7 刀，盡可能縮短采面剩余區(qū)段開(kāi)采時(shí)間。

3 防滅火效果分析

在5303 綜采工作面采取以均壓通風(fēng)為核心的防滅火技術(shù)后，局部通風(fēng)機(jī)始終保持正常工作，采面內(nèi)通風(fēng)系統(tǒng)保持穩(wěn)定，均壓通風(fēng)期間采面進(jìn)、回風(fēng)巷間風(fēng)壓差穩(wěn)定在5 Pa～10 Pa。

采面在均壓通風(fēng)防滅火期間，上覆3#煤層采空區(qū)內(nèi)基本無(wú)CO 涌出，監(jiān)測(cè)到采面回風(fēng)上隅角CO 濃度降至5×10-6以?xún)?nèi)，且始終保持穩(wěn)定，為采面回采安全創(chuàng)造良好條件。具體采面后續(xù)回采期間回風(fēng)上隅角CO 濃度監(jiān)測(cè)結(jié)果，如圖2 所示。

圖2 回風(fēng)上隅角CO 濃度監(jiān)測(cè)結(jié)果

4 結(jié)論

1）在近距離煤層群開(kāi)采過(guò)程中，回采工作面采空區(qū)容易與鄰近煤層或者鄰近層采空區(qū)貫通，貫通裂隙形成漏風(fēng)通道并增加采空區(qū)內(nèi)遺煤自燃發(fā)火危險(xiǎn)性。5303 綜采工作面在回采期間發(fā)現(xiàn)回風(fēng)隅角有CO 異常，而采空區(qū)內(nèi)CO 濃度始終較低，確定采面回風(fēng)隅角CO 來(lái)源主要為上覆3#煤層采空區(qū)。

2）為確保5303 綜采工作面回采安全，提出采用以均壓通風(fēng)為主并輔助注氮、封堵漏風(fēng)裂隙、提高推進(jìn)速度等方式進(jìn)行防滅火?，F(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用后，5303 綜采工作面回采期間回風(fēng)隅角位置CO 濃度控制在5×10-6以?xún)?nèi)，實(shí)現(xiàn)了采面安全回采。