近距離煤層綜采面初采期上隅角CO超限原因及治理

摘要：針對21113工作面初采期上隅角CO濃度異常升高現象，分析了超限原因，提出了“停止回采→封面注氮→啟封排氮→均壓通風開采”的多項階段性技術措施，取得了良好的治理效果。

關鍵詞：近距離煤層；薄層間距；綜采工作面；CO超限

1 工程概況

21113工作面為井工二礦11#煤第10個工作面，工作面長130m，推進長度900m。西為21109工作面（正在回采），北為露天礦邊幫保護煤柱，南為9煤輔運大巷，東為斷層發育帶，上部為9#煤29211工作面采空區。21113工作面在9#煤層采空區下，層間距平均4.8m，埋深平均190m。工作面采用傾斜長壁后退式綜合機械化采煤法，設計采高3.3m，開采石炭系上統太原組11#煤層，屬自燃煤層，自燃發火等級Ⅱ級，發火期3～6個月。煤厚平均3.7m，頂板為砂質泥巖。

2 CO異常升高過程及原因分析

（1）工作面有害氣體情況。

1月27日早班工作面老頂初次垮落，監測到機頭回風隅角CO濃度270ppm，主運巷回風流CO濃度40ppm，面內CO濃度241ppm。1月27日至2月4日，工作面CO濃度不斷升高，回風隅角CO濃度最高524ppm，平均369.7ppm；回風流CO濃度最高91ppm，平均67.5ppm。

（2）CO濃度異常升高原因分析。

a.CO濃度異常升高發生在工作面頂板初次垮落之后，考慮到9#煤采空區下3.9～4.8m的薄層間距，頂板垮落后極易和9#煤層采空區溝通。由此可知，CO來自上部9#煤層采空區。

b.工作面采用U型負壓通風，頂板初次垮落后形成“泄壓”作用，導致上部煤層采空區有害氣體下泄，有害氣體極易聚積在回風隅角。

c.井田內存在9煤廢棄小窯，小窯房式開采時遺煤較多，煤層埋深淺且為自燃煤層，在地表漏風作用下，小窯采空區出現不同程度的煤層自燃。另外，上覆29211工作面巷道掘進時曾揭露過小窯巷道，小窯火區的高濃度CO氣體串入29211采空區。21113工作面頂板初次垮落后形成漏風通道，9煤采空區高濃度CO氣體涌入21113工作面采空區，造成氣體超限。

3 CO異常升高治理方案

（1）停止回采。

1月27日起停止回采21113工作面，適當加快21109工作面回采，待21109工作面安全回撤后再進行21113工作面啟封回采工作。

（2）工作面封閉注氮。

注氮封閉：

a.在距工作面50m處主、輔運巷分別設置板閉，用快速密閉材料噴涂，確保密閉墻不漏風。

b.工作面輔運、主運巷要同時構筑板墻，首先封閉主運巷，再封閉輔運巷；封閉期間，兩巷道的局部通風機開啟，確保施工人員安全。

c.封閉結束后，密閉墻前20m巷道頂幫圍巖噴漿，防止圍巖裂隙作為有害氣體外泄通道。

d.加強封閉期間有害氣體檢查，每周利用束管抽取氣樣化驗分析工作面隅角、板墻外的氣體變化情況，必要時每天化驗分析氣體情況。

e.封閉注氮期間，加強相鄰21109工作面氣體監測及密閉墻、巷道漏風及有毒有害氣體檢測，預防有害氣體擴散進入相鄰工作面采空區。

f.封閉注氮期間，做好工作面兩順槽頂板巡查，防止壓力過大壓壞密閉墻，一旦發現密閉墻損壞漏風時，及時退回5m補打密閉墻。

（3）工作面啟封和排氮。

啟封地點：主、輔運巷距工作面煤壁50m的兩處密閉；排放流經線路：21113工作面→21113主運順槽→9煤回風大巷→回風井。

a.啟封前一天，停止向工作面采空區注氮，確保各種儀器、儀表能夠正常使用，同時準備好再次封閉工作面的應急封閉材料。

b.鎖風探查：在密閉墻的左上角拆除兩塊木板，形成一個不大于0.5m2的孔洞，檢查密閉墻內有害氣體濃度、溫度、壓差等參數，觀察是否有異常現象。無異常時，先使風筒偏離孔洞，然后逐漸靠近，確保慢慢供風，嚴禁“一風吹”。

c.啟封排氮：啟封主、輔運順槽內的密閉墻同時進行，當工作面進、回風流區域CO濃度小于24ppm、O2濃度大于18%、瓦斯濃度小于1%、CO2濃度小于1.5%時，由小口通風逐漸擴大開口直至進、回風巷板閉全部拆除。

（4）均壓通風防系統。構筑均壓通風系統：

①輔運巷安設4臺2*37KW風機（2運、2備），具備“雙風機、雙電源、自動切換”功能。

②輔運巷構筑三道4.0×3m均壓風門，風門間距為15m。

③主運巷構筑三道均壓調節風窗（預留風門）、間距6m，調節風窗與皮帶處設置擋風簾。

④主運巷調節風窗（最外部）側安裝水柱計，建立測壓系統，隨時觀測、掌握壓力情況。

均壓通風相關參數：

①工作面需風量：維持原設計風量不變，即Q=1165m3/min；

②單臺風機吸風量Q吸=280800m3/min，兩臺風機的風量為5601600m3/min。

③工作面供風量：

Q吸=1600m3/min>1165m3/min，符合要求。

④風機選型：根據風量和工作風壓，選擇4臺（2用2備）FBDNo7.1/2×37型智能變頻式局部通風機即可滿足工作面供風要求，風機參數見下表。

風機技術特征表

型號功率（kW）電壓（V）全風壓（Pa）全風量（m3/min）

FBDNo7.1/2×372×376608906630398785

（5）封閉注氮治理效果。

2月6日至3月15日監測數據：主運巷密閉墻內CO濃度由1284ppm下降至10ppm；輔運巷密閉墻內CO濃度由1030ppm下降至3ppm。工作面封閉區域CO濃度顯著下降，注氮效果良好，有效的抑制了上層采空區有害氣體下泄。

4 結語

受小窯采空區遺煤自燃影響，井工二礦在9#煤層采空區下開采21113工作面過程中面臨CO濃度異常升高的安全威脅，通過采用工作面封閉注氮、建立均壓通風系統等綜合防治措施，能夠有效的抑制上層采空區有害氣體下泄，為工作面安全開采提供保障。另外，和采用探測火源位置、注漿隔離CO源的治理方案相比，節約近千萬元開采成本。

作者簡介：牛晉斌（1986），男，山西晉城人，助工，現在門克慶煤礦綜采隊工作。