綜采工作面回風隅角低氧原因分析及防治探究

李小飛 神東煤炭集團錦界煤礦管理處

綜采工作面在回采過程中形成的采空區內會積聚多種有毒有害氣體，如二氧化氮、一氧化碳、氮氣、甲烷、硫化氫等，給整個綜采工作面的“一通三防”管理工作帶來潛在的安全隱患。同時，在回采過程中采空區內的有毒有害氣體會涌出到綜采工作面及回風隅角，短時間內呈現出不均衡態勢，就會導致綜采工作面機尾及回風隅角出現低氧現象。在此情況下，如果開采人員長期處于低氧狀態，體能迅速下降，身體就會出現不良反應,甚至缺氧窒息，嚴重威脅作業人員生命安全。

一、工作面分析

神東煤炭集團錦界煤礦31212綜采工作面采用綜合機械化后退式開采方式，全工作面設置189臺液壓支架，采用“一次采全高”“全部垮落法”來管理板頂。設計工作面的風量為1239m3/min。工作面沙層厚度6.17-47.47m，切眼和回撤通道附近較厚，厚度40m左右，工作面中部變薄，厚度10m左右。土層厚約0-31m，切眼和回撤通道區域部分地段土層缺失，總體趨勢為41-58聯巷較厚，大致為20m左右，其余地段均較薄，一般10m左右。直羅組風化基巖厚度10-50m，工作面中部最厚約50m，其余地段多數在30-40m，切眼最薄約10m左右，整體厚度較大。正常基巖厚度一般30m左右，回撤通道至25聯巷附近正常基巖厚度35m左右。煤層厚度較穩定，平均厚3.16m。地層傾向北西，傾角1°左右，整體呈寬緩的單斜構造，局部出現波狀起伏。巷道底板最高處位于31212運順16聯巷附近（1109.13m），最低處位于31212回順切眼附近（1088.27m），總體東高西低，南高北低。工作面整體為正坡推進，局部負坡。工作面局部發育小型沖刷，無斷裂構造和巖漿巖體，總體構造簡單。

二、低氧區域以及導致低氧的氣體涌出來源

（一）低氧區域

綜采工作面回采過程中，常出現低氧區域有以下3種情況。

1.工作面低氧

由于工作面在回采過程中還會受到采煤工藝、巖層巖性、煤礦質量等影響，在工作面劃分線外區域也會存在大量遺留煤炭，隨著堆積累計，煤炭會存在較大吸氧量。在采空區內部蓄熱環境較好的條件下也會發生低溫氧化，無法避免遺留煤炭吸附和吸收氧氣，因此會造成采空區壓力上升，造成低氧環境。

2.回風隅角低氧

在綜采工作面中，回風隅角低氧現象和甲烷積聚情形相似，但是在實際空間排列和位置上出現很大差異。由于甲烷密度小于空氣密閉，甲烷一般在回風隅角靠近頂板的區域濃度較高，且在中下部甲烷濃度為正常值。而氧氣密度與空氣密度基本一致，在空間上分布較均勻，綜采工作面回風隅角低氧狀態較為均衡，從整個頂板到底板范圍內的氧氣濃度都處于低濃度范圍。

3.機尾低氧

當采煤機回采機尾三角煤時，因采煤機造成機尾處通風斷面減小，引起機尾處風壓過大，將機尾支架后采空區內有毒有害氣體抽出，稀釋了機尾氧氣濃度，造成機尾氧氣濃度降低。此情況形成的低氧區域帶一般為4m-10m。當機尾出現低氧現象時，回風隅角一般也會出現低氧，其他區域氧氣濃度基本維持在18.0%以上。

錦界煤礦31212綜采工作面一般存在回風隅角低氧現象，偶爾出現機尾低氧問題。

（二）導致低氧的氣體涌出來源分析

根據該地域的煤礦生產地質情況可知，錦界煤礦甲烷含量較低，瓦斯成分中含有大量氮氣，其中夾雜部分二氧化碳，整體屬于二氧化碳和氮氣結合體。在回采過程中，氮氣成為綜采工作面回風隅角低氧的主要原因，影響著整個區域的氧氣濃度。

由于采煤工藝以及相關頂底板巖層特性、煤礦等多因素影響，采空區內部遺留的煤會吸附和消耗氧氣，促使內部采空區的壓力上升，形成大量的有害氣體涌向工作面回風隅角，造成低氧環境，威脅作業人員生命安全。

三、工作面回風隅角低氧現象分析

（一）裂縫漏氣

錦界煤礦31煤煤層為淺埋深煤層，且遠近距離都被煤礦層群覆蓋，在工作面回采過程中，煤巖層會發生垮落下沉現象，形成采動裂隙。此時，存在部分裂隙發育并延伸到地表，為氣體流通制造了通道。由于地表的裂縫和煤層的工作面采空區直接相連，容易出現采空區漏風現象。若此時沒有及時回填地表裂隙，在“壓強”環境作用下，地面空氣會大量涌入采空區，造成過大壓力，此時采空區內的有毒有害氣體涌向工作面回風隅角，直接導致工作面回風隅角出現低氧現象。

（二）頂板影響

在掘進巷道時，對巷道頂板采用的是“錨桿+錨索”的支護方式，整體的支護強度較高。再加上機尾煤柱的支撐，形成采空區后，采空區內的三角區頂板較為完善且穩定，不能及時垮落，導致整個采空區的懸頂面積較大，形成較大空間而積聚大量有毒有害氣體。當涌向工作面回風隅角時，對氧氣起到稀釋作用，從而導致氧氣濃度達不到規定要求。

（三）臨近采空區影響

由于綜采工作面鄰近采空區的聯巷密閉數量較多，且聯巷密閉都是以磚和混凝土材料為主，受采動影響和礦壓作用下，被壓裂或者出現垮塌現象。鄰近采空區內的有毒有害氣體在通風負壓的作用下涌出到工作面回風隅角，造成綜采工作面回風隅角氧氣濃度低于18.0%。

四、相關防治建議

（一）優化掘進工藝

在巷道掘進過程中，將聯巷間距進行調整，讓其由50m調整為70m，通過改進巷道掘進工藝，每個順槽少掘進聯巷24個，減少密閉施工24處，消除了24個漏風地點，該方式能夠有效降低與采空區相連聯巷漏風現象。同時，在采煤機割煤時候采取沿頂接底的割煤方式，以提升回采率。

（二）做好采空區密閉質量管理

由于原采空區封閉材料為“0.37m磚墻+1m混凝土”的封閉模式，存在氣體滲漏現象，現改造與采空區相連聯巷密閉封閉模式，使用“0.5m磚墻+1m混凝土+1m黃土+0.75磚墻+高分子”材料。并加強整個與采空區相連的密閉面噴漿處理，要求噴漿厚度不少于5cm，以此增加采空區相連密閉質量。通過改建分析可知，這種封閉模式能增強整個采空區相連密閉厚度和密閉質量，減少了臨近采空區漏風，工作面回風隅角氧氣濃度有明顯改善。

（三）在工作面回風隅角放置沙袋

若綜采工作面回風隅角采空區懸頂超過切頂線6m，此時需要在工作面回風隅角處垛沙袋，以填堵相關采空區漏風。若錨索之間存在無法退錨的點，就需要在錨索周圍進行“掏槽”處理，這樣能夠釋放錨索應力，有利于讓頂板及時垮落。

（四）在回風隅角處吊掛風簾

隨著工作面的不斷推進，作業人員可在回風隅角處吊掛擋風簾，這種方式能夠減少采空區的漏風量，也能在相應的位置實行增阻措施。在機尾過渡架處吊掛導風簾，從而引導新鮮風流從回風隅角經過，起到稀釋有毒有害氣體的作用。擋風簾、導風簾的正確應用，能夠有效的提高回風隅角的氧氣濃度。

（五）要及時回填采空區裂隙

在工作面回采過程中，很容易導致地表與采空區連通。因為覆巖垮落破斷形成的采動裂隙會直達地表，此時受到氣壓影響，導致采空區內有毒有害氣體涌出。按照規定回填進度不能滯后工作面100m，且已經回填的地表還可能會受到重復采動、水沖刷等影響，易誘發二次坍塌，定期對采空區地面塌陷情況進行檢查，發現新生裂縫或其他問題時，進行二次回填工作，減少采空區漏風。

（六）加強監測分析

針對回風隅角、工作面風流以及回風巷等氧氣濃度控制，通風管理人員要加強對回風隅角周邊檢測。在綜采工作面回風隅角安置“便攜式氧氣報警儀”、“氧氣傳感器”。同時在工作面回風隅角前設置警示牌，以提醒工作面人員嚴禁入內和減少停留。

每月對綜采工作面回風隅角氣體變化情況進行統計分析，確定回風隅角氧氣濃度變低與地面溫度、濕度和氣壓變化的關系，及時采取相對應的措施。

通過采取以上方式，有效對工作面機尾、過渡支架處、工作面回風隅角等特殊區域進行了氧氣濃度控制，氧氣濃度都能提升在18.0%以上，這為安全回采奠定了基礎，提供了保障。

五、綜合評估分析

導致錦界煤礦31212綜采工作面低氧主要原因是由于采空區氣體涌出，出現低氧現象。次而，采空區內部遺留的大量煤炭對氧氣吸收氧化，也會形成高氮低氧環境。

1.根據地面觀測大氣壓、溫度等參數，可知地表和工作面之間的裂隙受大氣壓變化影響，進而影響整個回風隅角的氧氣濃度，需要及時回填采空區裂隙。

2.由于工作面鄰近采空區的聯巷密閉漏風，采空區有毒有害氣體會通過聯巷密閉裂縫涌向回風隅角，同時巷道頂板退錨反應不及時，造成采空區懸空面積較大進而影響氧氣濃度。

3.在回采過程中，沿頂沿地，減少相關遺留煤炭，在工作面回風隅角垛沙袋墻處理，并在進回風隅角處吊掛擋風簾，提高采空區相連聯巷密閉的施工質量，進而減少采空區氣體向工作面回風隅角涌出。

4.加強對整個監測體系的監督和防治，依據監測數據及時采取相對應的措施，確保工作面回風隅角氧氣濃度在正常范圍之內，為安全生產提供保障。

六、結語

綜上所述，影響綜采工作面回風隅角氧氣濃度因素較多。而低氧環境，嚴重威脅著采煤工作人員的生命安全。以此，結合相關經驗，對綜采工作面回風隅角低氧原因、影響因素進行分析，并提出了相關防治建議，希望能夠為煤礦企業安全生產提供參考借鑒。