煤礦井下一氧化碳異常原因及處理對策

張 清

（重慶渝新能源有限公司永榮管理中心，重慶 榮昌 402465）

1 礦井簡況

永川煤礦位于重慶市永川區(qū)紅爐鎮(zhèn)境內(nèi)，于1951年3月開工建設(shè)，1959年12月建成投產(chǎn)，設(shè)計生產(chǎn)能力45萬t/a，核定生產(chǎn)能力42萬t/a，礦井隸屬重慶能源投資集團(tuán)永榮礦業(yè)有限公司，屬國有企業(yè)。礦井采用平硐+暗斜井開拓方式，兩翼對角式抽出式機械通風(fēng)，四級絞車串車提升，四級水泵接力排水，雙回路供電，走向長壁采煤法，采區(qū)前進(jìn)式區(qū)內(nèi)后退式開采。生產(chǎn)采區(qū)三個：分別為－500m水平北一采區(qū)、－350m水平下南一采區(qū)和－500m水平南一采區(qū)，全礦共布置有三個采煤工作面，兩個掘進(jìn)工作面。

2 一氧化碳異常地點及相關(guān)情況

永川煤礦一氧化碳異常區(qū)域位于-500m水平南一采區(qū)-57202采煤工作面邊界。該面為-500m水平南一采區(qū)首采面，于2017年3月開始回采，出現(xiàn)一氧化碳異常情況時已推進(jìn)260m左右。該面采用沿空留巷無煤柱開采，只在采面邊界留設(shè)有保護(hù)煤柱。該面通風(fēng)方式為Y型通風(fēng)，采用下行順向摻新的方式，由礦井南翼主風(fēng)機供風(fēng)，正常生產(chǎn)風(fēng)量約為700m3/min(包括摻新風(fēng))。該面上尾巷末端設(shè)有調(diào)節(jié)風(fēng)墻，未全部封閉，有部分風(fēng)通過上尾巷和采空區(qū)進(jìn)入－500m南一采區(qū)南邊界上山（見圖1）。

圖1 -57202采面正常開采時通風(fēng)系統(tǒng)圖

3 一氧化碳異常事情經(jīng)過

2017年7月21日13時36分，永川煤礦南翼總回風(fēng)巷發(fā)生了一起透水涉險事故，因透水沖刷巷道，導(dǎo)致大量砂石沖入南總回風(fēng)巷下部，造成南總回風(fēng)巷堵塞、南翼主要通風(fēng)機停運、礦井全面停產(chǎn)。事故發(fā)生后，永川煤礦迅速成立事故搶險救援指揮部，永榮礦業(yè)公司救護(hù)大隊參與搶險救援，有序組織井下人員撤離，確保當(dāng)班入井所有人員全部安全出井。為了給南總回風(fēng)巷偵察、修復(fù)創(chuàng)造條件，避免礦井南翼相關(guān)區(qū)域瓦斯積聚，礦井先后兩次對井下通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化調(diào)整，實施了北風(fēng)南調(diào)。2017年7月22日晚上20時，救護(hù)隊帶機沿－350m南大巷進(jìn)入南總回風(fēng)巷下口偵察時，隨身攜帶的多參檢測儀發(fā)現(xiàn)－350m南六石門以北大巷CO濃度達(dá)到13PPm。隨后，礦井安排救護(hù)隊員進(jìn)一步加強了對一氧化碳的跟蹤觀測，7月24日早上5時30分，發(fā)現(xiàn)－350m南六石門以北大巷CO濃度達(dá)到了18PPm（正常生產(chǎn)時沒有CO）；7月24日晚上20時40分，發(fā)現(xiàn)－350m南六石門CO濃度達(dá)到了220PPm，為確保井下安全，指揮部立即下令停止井下作業(yè)，撤出了井下所有人員，并向公司調(diào)度室及相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)作了匯報；7月26日下午18時30分，指揮部組織救護(hù)隊員帶機對一氧化碳來源進(jìn)行偵查，發(fā)現(xiàn)一氧化碳主要來源于南一采區(qū)南邊界－57202采面上巷尾部及－37208中巷尾部密閉處。

4 一氧化碳異常原因分析

一氧化碳出現(xiàn)異常涌出點位于南翼采區(qū)南邊界-57202采面獨立回風(fēng)流中，結(jié)合井下實際情況，分析認(rèn)定一氧化碳來自于-57202采空區(qū)遺留煤炭氧化自熱產(chǎn)生。

1）礦井將57202采面定為礦井閉坑前南翼最后一個回采工作面，將原本應(yīng)預(yù)留的-350m下南二北邊界下山的護(hù)巷煤柱回采了約四分之三，一定程度破壞了其采空區(qū)的密封性；

2）其余下的煤柱因受壓破壞后增大氧化面，類似于采空區(qū)遺煤；

3）工作面回風(fēng)隨巷道在采場附近繞行，增加了通風(fēng)阻力、加劇了采空區(qū)漏風(fēng)；

4）南翼風(fēng)機停運，改變了工作面原通風(fēng)狀態(tài)，改變了采空區(qū)氣象環(huán)境條件，造成局部區(qū)域風(fēng)量減弱，溫度升高，給煤層氧化自熱進(jìn)一步創(chuàng)造了條件。

5）無乙稀、乙炔產(chǎn)生，說明未達(dá)到自燃階段。

5 一氧化碳異常處理對策

1）封堵疑似發(fā)生一氧化碳區(qū)域,采用注氮滅火技術(shù)處理一氧化碳。

氮氣是一種無毒的不可燃?xì)怏w，無腐蝕性，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定。既可以迅速有效地?fù)錅缑骰穑挚梢苑乐共煽諈^(qū)遺煤自燃。使用注氮處理一氧化碳具有恢復(fù)工作量小，不損壞設(shè)備等優(yōu)點。其原理：氮氣注入采空區(qū)降低氧氣濃度。氮氣的取制采用分離空氣制取氮氣。

注氮封堵是關(guān)鍵。永川煤礦對-57202采面所在區(qū)域于7月28日建造了4組密閉墻，封堵一氧化碳異常區(qū)域。具體如下（見圖2）：

圖2 一氧化碳異常區(qū)域封閉示意圖

在距-37411開切眼以南不大于5m處的-37409中巷內(nèi)構(gòu)筑一道密閉墻（代號D），墻體厚度1.0m。

距-350m主南配風(fēng)巷與-350m下南一南邊界交岔口以下15m處構(gòu)筑一道防沖擊墻，高度1.5m，墻體厚度1.0m；再在該防沖擊墻以上間隔10m處構(gòu)筑一道密閉墻（代號C），墻體厚度1.0m。

距-37210中巷開口點以南不大于5m處建造一道密閉墻（代號B），墻體厚度1.0m。

距-57202中巷開口點以南不大于5m處建造一道密閉墻（代號A），墻體厚度1.0m。

-37411中巷因積水將巷道全部封閉。

2）注氮可靠。永川煤礦自身沒有注氮設(shè)備，發(fā)生一氧化碳異常后從南桐公司租用注氮機，于7月29日開始通過A、B兩道墻上預(yù)留孔向封閉區(qū)內(nèi)注氮處理一氧化碳。其注氮管路利用礦井先前安設(shè)的∮108壓風(fēng)無縫鋼管，要求不漏氣、不堵塞，注氮機安設(shè)在-500m水平南一采區(qū)下車場。先后連續(xù)累計向封閉區(qū)域注氮42.5756萬m3。

3）采用均壓通風(fēng)技術(shù)處理一氧化碳異常。均壓通風(fēng)處理一氧化碳異常實質(zhì)是借助均壓防滅火技術(shù)，利用風(fēng)窗、風(fēng)機、調(diào)壓管等調(diào)壓設(shè)備，改變漏風(fēng)區(qū)域的壓力分布，降低漏風(fēng)壓差，減少漏風(fēng)，從而達(dá)到抑制遺煤自自燃、惰化火區(qū)或熄滅火源的目的。

永川煤礦利用調(diào)節(jié)風(fēng)窗改變一氧化碳異常區(qū)域壓力分布，先后在-37210中巷密閉墻外側(cè)、-57202中巷密閉墻外側(cè)進(jìn)風(fēng)端以及采區(qū)內(nèi)上部不用車場進(jìn)風(fēng)側(cè)等建造調(diào)節(jié)風(fēng)墻，達(dá)到一氧化碳異常區(qū)域均壓的目的。

4）加強日常檢測手段,開展定期清風(fēng)堵漏，每天均壓通風(fēng)系統(tǒng)復(fù)查，每天氣體取樣化驗檢測、每班注氮系統(tǒng)檢查。

6 實施效果

根據(jù)每天取樣分析化驗情況看,封堵區(qū)域回風(fēng)側(cè)（下南一南邊界密閉墻內(nèi)）一氧化碳、氧氣濃度自9月11日起開始呈下降趨勢。一氧化碳于9月18日后持續(xù)穩(wěn)定在10ppm以下；氧氣在9月23之后，封閉區(qū)域幾組密閉墻內(nèi)均持續(xù)穩(wěn)定在5%以下；礦井空氣中及封閉區(qū)域內(nèi)均未檢測出乙稀、乙炔氣體；空氣溫度及封閉區(qū)域內(nèi)水溫?zé)o異常變化，滿足《煤礦安全規(guī)程》依據(jù)火區(qū)啟封條件，達(dá)到了預(yù)期效果（見圖 3、圖 4）。

圖3 下南一南邊界密閉內(nèi)CO氣體分析曲線

圖4 下南一南邊界密閉內(nèi)O2氣體分析曲線

7 經(jīng)驗教訓(xùn)及結(jié)論

1）強化通風(fēng)系統(tǒng)管理。通風(fēng)系統(tǒng)是礦井生產(chǎn)系統(tǒng)的主要組成部分，其目的是礦井各作業(yè)地點供給新鮮空氣、排出污濁空氣，可見通風(fēng)系統(tǒng)的穩(wěn)定、可靠至關(guān)重要性。應(yīng)嚴(yán)格每周一次安全評估及專業(yè)檢查通風(fēng)系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)問題及時處理。

2）強化采空區(qū)氣體檢測。按照《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定，嚴(yán)格執(zhí)行氧化氮、一氧化碳、二氧化硫、硫化氫等定期檢查，特別是對采空區(qū)密閉墻內(nèi)氣體進(jìn)行了每月一次的取樣化驗，檢測是否存在一氧化碳等氣體存在。

3）強化應(yīng)急值守。嚴(yán)格執(zhí)行24小時值守制度，每天確保礦領(lǐng)導(dǎo)和專業(yè)技術(shù)負(fù)責(zé)人一起值班，應(yīng)急值守期間，值守工作人員要保證24小時通訊聯(lián)絡(luò)暢通，確保各類突發(fā)信息報告及時、處置及時。

4）強化風(fēng)險排查。永川煤礦發(fā)生“7.21”透水涉險事故發(fā)生的根本原因就是對周邊小礦的排查不到位，致使開采所形成的老空水壓穿了南總回風(fēng)巷穿過的三號（火夾）煤層煤巖柱而發(fā)生的透水事故，造成南翼風(fēng)機停運，改變了工作面原通風(fēng)狀態(tài)，改變了采空區(qū)氣象環(huán)境條件，造成局部區(qū)域風(fēng)量減弱，溫度升高，采空區(qū)落煤及采區(qū)邊界留設(shè)煤柱被壓碎后氧化產(chǎn)生了一氧化碳。

認(rèn)真做好專業(yè)風(fēng)險排查，開展好專業(yè)風(fēng)險隱患排查整治，做到由分管礦領(lǐng)導(dǎo)親自抓，做到排查有計劃，檢查有結(jié)果，隱患整改有方案，安全措施有保障，通過排查和整治，最大限度預(yù)防各類災(zāi)害和事故發(fā)生。