綜采工作面事故中有害氣體涌出位置的確定及工作面防范措施

范世錦，王 亮

(1.呂梁市煤礦通風(fēng)與瓦斯防治中心，山西 離石033000；2.北京高卓東升科技有限公司，北京100083)

2009年5月，山西離柳焦煤集團有限公司丈八井41105綜放工作面在整修支架推進(jìn)作業(yè)中，工作面有害氣體涌出量突然增大，造成了大的經(jīng)濟損失及人員傷亡。針對這次事故，本文重點研究了回采工作面窒息事故中有害氣體涌出位置的確定方法，提出了回采工作面防治措施。

1 礦井基本概況

山西離柳焦煤集團有限公司丈八井位于呂梁市孝義市兌鎮(zhèn)鎮(zhèn)，屬呂梁市國營煤礦。礦井始建于1978年，1988年經(jīng)山西省煤炭廳組織驗收合格投產(chǎn)。2007年8月山西省國土資源廳頒發(fā)的采礦許可證，證載井田面積13.3323km2，批準(zhǔn)開采3#、7#、9#、10#、11#煤層，保有儲量16057萬t，礦井設(shè)計能力為90萬t/a。

井田位于呂梁山區(qū)，為侵蝕低山丘陵地貌。井田主要含煤地層為上石炭統(tǒng)太原組和下二疊統(tǒng)山西組，其中可采煤層有位于太原組中下部的9#煤層和位于太原組中下部的10#和11#煤層。9#煤層厚度1.35～2.01m，平均1.59m，煤層結(jié)構(gòu)簡單，不含夾矸，頂板為K2石灰?guī)r，底板為泥巖，井田范圍內(nèi)該煤層大部分已被小煤窯破壞。10#、11#煤層為合并層，上距9#煤層0.50～1.80m，煤層厚度6.09～9.91m，為井田穩(wěn)定可采煤層，煤層結(jié)構(gòu)復(fù)雜，含夾矸2～9層，煤層頂板為泥巖，底板大部為黏土泥巖，局部為砂質(zhì)泥巖。

根據(jù)山西省煤炭工業(yè)局“晉煤安發(fā)〔2009〕88號”文批復(fù)，山西離柳焦煤集團有限公司丈八井2008年度瓦斯和二氧化碳涌出量鑒定結(jié)果為：瓦斯絕對涌出量為1.87m3/min，相對涌出量為0.83m3/t；二氧化碳絕對涌出量4.82m3/min，相對涌出量為2.15m3/t，屬低瓦斯礦井。據(jù)山西省煤炭工業(yè)局綜合測試中心煤層煤樣的檢驗報告，9號、10#+11#煤層煤塵均具有爆炸危險性，煤層自燃傾向性自燃等級為Ⅱ級，均屬自燃煤層。

該礦所采的10#、11#煤層上距小窯破壞的9#煤層0.50～1.80m，根據(jù)以往經(jīng)驗，工作面支架前移后，支架后方極易發(fā)生漏頂，與上覆小窯采空區(qū)(9#煤層采空區(qū))溝通，從而導(dǎo)致小窯采空區(qū)內(nèi)的有害氣體竄至本工作面。為此，該礦特制訂回采工作面作業(yè)規(guī)程補充措施，措施規(guī)定工作面采用正壓通風(fēng)方式。根據(jù)該規(guī)程，該礦在以前回采31125、31129、41101等工作面時，當(dāng)工作面出現(xiàn)漏頂現(xiàn)象后，立即改用正壓通風(fēng)方式。

礦井通風(fēng)方式為中央并列式，通風(fēng)方法為機械抽出式。回風(fēng)斜井井口安裝兩臺主扇，型號為BD-Ⅱ-8-22軸流式對旋風(fēng)機，電機功率為2×200kW，一臺工作，一臺備用。掘進(jìn)工作面采用2臺DBKJ-№5.3/2×7.5kW型局部通風(fēng)機壓入式通風(fēng),雙風(fēng)機雙電源并能夠自動切換。

該礦現(xiàn)有兩個回采工作面，三個掘進(jìn)工作面。現(xiàn)采煤層為10、11號合并層。工作面采用走向長壁、綜采放頂煤采煤方法，采煤機選用MG200-W型，液壓支架選用QZFS2400-16/24D型，全部垮落法管理頂板。

發(fā)生事故的工作面為41105綜放工作面，工作面長135m，推進(jìn)長度737m。工作面采用QZFS2400-16/24D型低位放頂煤支架，共87架。事故發(fā)生前該工作面仍采用負(fù)壓通風(fēng)方式，運輸順槽進(jìn)風(fēng)，材料順槽回風(fēng)，事故發(fā)生時該工作面處于設(shè)備調(diào)試階段，尚未正式回采，事故發(fā)生后，該工作面立即改用正壓通風(fēng)方式。

礦井供電電源來自兌鎮(zhèn)110kV變電站供礦區(qū)35kV變電所雙回路供電，井下6kV供電電源來自離柳焦煤集團35kV變電所，雙回路供至四采區(qū)變電所。礦井安全監(jiān)控系統(tǒng)為KJ-90NB型監(jiān)控系統(tǒng)，監(jiān)控數(shù)據(jù)與集團公司、市煤炭工業(yè)局聯(lián)網(wǎng)。

2 礦井事故原因分析

該礦剛安裝的41105綜放工作面在整修支架推進(jìn)作業(yè)過程中，工作面頂板的錨桿支護系統(tǒng)受支架的擠壓作用，支護效果下降，隨著切眼跨度的增加導(dǎo)致頂板逐步斷裂、垮落，與9#煤層已關(guān)閉小煤礦采空區(qū)連通，采空區(qū)中積聚的CO2等有害氣體，在負(fù)壓狀態(tài)下大量涌向工作面，致使工作面機尾附近CO2濃度嚴(yán)重超限，使機尾附近處于嚴(yán)重缺氧狀態(tài)。

3 有害氣體涌出位置的確定

3.1 主要參數(shù)分析

事故發(fā)生后，對該工作面的CH4、CO2、CO、O2、H2S、溫度、風(fēng)速等參數(shù)進(jìn)行了數(shù)次測定。從具體數(shù)據(jù)分析看，工作面全長內(nèi)CH4、CO、O2、H2S、溫度等無較大的變化，但CO2和風(fēng)速變化較大，如圖1、2所示。

圖1 工作面CO2測定值

注：圖中數(shù)據(jù)均為工作面采用正壓通風(fēng)方式后的測定值

救護隊員對工作面事故后風(fēng)量測定數(shù)據(jù)為：材料順槽進(jìn)風(fēng)量為493m3/min，運輸順槽回風(fēng)量為1040m3/min，從9#煤層采空區(qū)向本工作面漏風(fēng)量為547m3/min。顯然，大量的CO2是從采空區(qū)漏入工作面的。

3.2 現(xiàn)場情況分析

安全員靳占銀走到60架處，感覺自己有點腿軟；張世軍走到70架時突然倒地。劉勇飛死于后部溜子機尾處。

經(jīng)仔細(xì)分析事后CO2及風(fēng)速數(shù)據(jù)隨工作面長度變化曲線并結(jié)合當(dāng)班工人敘述情況可以得出，本次事故是由于切眼支架后部頂板垮落溝通上覆小窯采空區(qū)，大量CO2竄入本工作面，造成工人窒息死亡，漏頂發(fā)生地點應(yīng)在工作面機頭至60架約90m范圍內(nèi)。

4 防范措施

1)對工作面上覆采空區(qū)二氧化碳的分布狀況進(jìn)行鉆孔探測。探測鉆孔應(yīng)覆蓋工作面上覆全部老空區(qū)，并適當(dāng)向外擴展，考慮鉆探工作量，可將鉆場布置在工作面兩順槽。

2)加強工作面二氧化碳日常監(jiān)測監(jiān)控和人工檢測工作。根據(jù)《煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)及檢測儀器使用管理規(guī)范AQ1029-2007》的相關(guān)規(guī)定，在工作面上隅角、中部、下隅角分別布置二氧化碳傳感器，同時要加強工作面上隅角、中部、下隅角、回風(fēng)順槽、采區(qū)主要回風(fēng)巷CO2濃度的人工檢測工作，每班至少兩次。

3)向采空區(qū)灌注氫氧化鈣的過飽和液對二氧化碳有效吸收。

4)研究可靠有效的均壓通風(fēng)技術(shù)，徹底解決工作面開放式漏風(fēng)問題。

5)根據(jù)現(xiàn)場勘察到自救器的使用情況，煤礦目前在用批次的化學(xué)氧自救器存在氧氣發(fā)生器與過濾器連接管易斷裂的致命缺陷，建議煤礦立即淘汰目前在用批次的化學(xué)氧自救器。