特厚煤層綜放面高溫熱害（源）分析研究

孫珍平

(1.煤科集團沈陽研究院有限公司，遼寧 撫順 113122；2.煤礦安全技術國家重點實驗室，遼寧 撫順 113122)

1 概況

同忻礦為同煤集團的標桿礦井，生產能力為年產800萬t，主采3～5號煤層。8309工作面煤層厚度10.8～18.0m，平均厚度14.88m，煤層傾角為1～2°。8309面為同忻礦現階段主采面之一，位于井田西部、北三盤區的西南部，主采煤層為3～5號煤層，采用長壁后退式綜合機械化大采高放頂煤采煤法。工作面走向長度為2784m，傾向長度為200m，如圖1所示。

眾所周知，在井下高溫潮濕環境下工作，加大了工人勞動強度，降低了工作效率，并且甚至可能存在采空區自然發火和遺煤氧化的安全隱患。為了找出8309面高溫熱源和防止采空區自然發火等安全隱患，對8309工作面溫度進行了現場實測，在現場實測的基礎上結合地質條件、工作面通風情況、監測監控數據等對8309工作面高溫原因進行分析，并提出了有效改善高溫條件的建議。

圖1 8309工作面采掘平面圖

2 工作面高溫現狀分析

根據監控數據，8309工作面自2018年2月開始上隅角溫度最高為34.5℃，平均溫度31℃。同煤分院技術人員進行實測，實測上隅角最高溫度為30.8℃，平均溫度29.4℃。

《煤礦安全規程》第三章“熱害防治”第六百五十五條規定：當采掘工作面空氣溫度超過26℃、機電設備硐室超過30℃時，必須縮短超溫地點工作人員的工作時間；當采掘工作面的空氣溫度超過30℃、機電設備硐室超過34℃時，必須停止作業。因此，判定8309工作面屬于熱害區。

3 高溫熱害（源）影響因素分析

8309工作面高溫的影響因素主要有：地溫、火成巖入侵、供風量、電氣設備、采空區遺煤氧化等。現從火成巖、地溫、通風狀況、采空區遺煤氧化等方面對工作面高溫熱害（源）進行分析。

3.1 火成巖侵入和地溫的影響

（1）從火成巖侵入分析

8309工作面煤層厚度10.8～18.0m，平均厚度14.88m，煤層厚度較穩定。2309巷、5309巷分別從輔運大巷幫起算1527m、1625m位置有一條火成巖，呈巖墻形式侵入，寬0.3m。同煤分院技術人員7月28日對進風巷火成巖侵入區域進行了現場查驗，查驗結果為：火成巖入侵區域前后煤壁不存在異常干燥現象，煤壁溫度并未存在突變高溫點。因此，從直觀查驗的情況來看可以排除火成巖對巷道空氣的快速升溫。

（2）從井下地溫分析

根據礦井地質報告和工作面開采說明書，8309工作面區域內地溫較高，目前探測8309面最高地溫為29.3℃。通過井下實測，工作面最高溫度為30.8℃，比較看出，地溫是8309面高溫熱害的主要原因。

3.2 通風狀況的影響

（1）從通風系統上分析

8309綜放工作面現采用全負壓通風系統，即：一進兩回“U+I”型的通風方式，即進風順槽、回風順槽和頂抽巷，進風順槽、回風順槽均沿3～5號煤層底板布置，頂抽巷與回風順槽內錯20m。走向長度2843m，傾向長度210m，設計配風量為2560m3/min。

8309工作面現回采至650m，在回采過程中工作面風量的變化如圖2所示。

從圖2可以看出，8309工作面在回采過程中，進風量維持在3000m3/min左右，回風量維持在2300m3/min左右。根據以往工作面生產經驗，滿足工作面通風要求，因此供風量并非造成8309工作面高溫的主要原因。

圖2 工作面回采過程中風量變化圖

（2）從通風線路和距離分析

由于8309面的順槽巷長為2843m，通風距離較長，通過計算，從進風井至工作面整個通風距離為3800m，對8309面通風路線的風流溫度進行了測試，副平硐新鮮風流的溫度為24.9℃，經過長距離通風后，到達8309面上隅角時，風流溫度達到了29.7℃。由此可以分析得出，地表空氣溫度直接影響礦內進風巷的溫度，由于進風距離比較長，通風壓縮熱等，致使進風巷的溫度23.8～24℃。

與此同時，為了進一步確定長距離通風對工作面溫度的影響，又在8201面進行測試與驗證，如表1所示。通過對比，得出了長距離通風對風流溫度影響較大，增加幅度為0.8℃。

表1 8309綜放面與8201綜放面進、回風溫度對比表

3.3 生產狀況對工作面溫度的影響

根據對8309工作面自回采開始上隅角溫度與日推進度的數據進行統計，并將兩者的變化趨勢繪制如圖3所示。

從圖3可以看出：

（1）在2017年12月10日～2018年1月18日工作面停產期間，上隅角溫度逐漸下降，并維持在20℃左右，工作面恢復生產時，上隅角溫度急劇上升至31℃左右，溫度變化幅度11℃。

（2）在1月30日～2月4日、2月22日～2月27日、3月11日～3月18日停產期間，上隅角溫度均急劇下降，恢復生產后又急劇上升，溫度變化幅度4℃～7℃。

（3）上隅角溫度隨工作面推進速度的增大而急劇增大。

綜上所述，生產強度對工作面溫度影響較大，對工作面氣體升溫幅度為4℃～11℃。

圖3 8309工作面上隅角溫度與日推進度關系圖

3.4 遺煤氧化對工作面溫度的影響

為了判斷采空區遺煤氧化為對工作面溫度造成的影響，對8309工作面自回采以來上隅角CO濃度、束管取樣中CO濃度進行統計，如圖4、圖5所示。

圖4 上隅角平均CO濃度與日推進度趨勢

圖5 8309束管CO檢測濃度隨埋深變化趨勢圖

從圖4可以看出：

（1）在2017年12月10日～2018年1月18日工作面停產期間，上隅角CO濃度基本為零，恢復生產后，急劇上升。

（2）在1月30日～2月4日、2月22日～2月27日、3月11日～3月18日停產期間，上隅角CO濃度呈逐漸下降趨勢。

（3）從整體來看，上隅角平均CO濃度隨回采強度增大而增大，存在一定的滯后性。

從圖5可以看出：

（1）2017年12月16日～2018年1月20日期間，束管埋進采空區53m。在此期間CO濃度均呈逐漸下降趨勢，CO濃度從90ppm下降至5ppm。

（2）1月20日～4月5日期間，束管埋入采空區135m。在此期間，CO濃度基本保持穩定，CO濃度穩定在30ppm～40ppm之間。

（3）在4月5日～6月4日期間，束管埋進采空區93m。在束管深入采空區后，CO濃度突變至50ppm左右并在50ppm左右波動。

（4）在6月4日～7月29日期間，CO濃度表現為隨埋入深度增大而下降的趨勢，并未存在緩慢增大的規律。束管埋入采空區6m時，CO濃度突然升至120ppm，隨后逐漸下降至60ppm。

按照工作面目前的推進速度（2.5m/d～4.5m/d），采空區任一位置處的遺煤處于氧化帶的時間少于最短自然發火期（84d），因此，判斷采空區遺煤雖存在氧化現象但發火的可能性較小。CO濃度突然升高到120ppm的主要原因為：工作面上覆巖層垮落，上部侏羅系老空區氣體突然下泄。根據對圖3～圖4檢測監控數據的分析，可以判斷出：采空區遺煤雖存在氧化現象，但工作面正常推進（2.5m/d～4.5m/d）時，發火的可能性較小。

4 結論與建議

4.1 主要結論

（1）8309工作面最高地溫為29.3℃。通過井下實測，工作面最高溫度為30.8℃，比較看出，地溫是8309工作面高溫熱害的主要原因。

（2）采空區遺煤低溫氧化散熱未對采面的氣候條件產生顯著影響。

（3）地表空氣溫度直接影響礦內進風巷的溫度，由于進風距離比較長，通風壓縮熱等，致使進風巷的溫度23.8℃～24℃。

4.2 建議

（1）通風是解決綜放工作面溫度高的首選方案，適當的加大綜放工作面風量，或減少頂抽巷風量至600m3/min；

（2）優化進風巷的噴霧措施，適當縮小噴霧距離，覆蓋整個通風斷面；

（3）加強工作面上下隅角的封堵，減少采空區漏風；

（4）降低膠帶順槽的進風溫度，因大同地區每年只有5、6、7三個月地面氣溫較高，超過37.2℃。所以，在膠帶進風順槽內，放置一定數量的冰塊，溶解吸熱，再將溶冰水循環噴霧，降低進風溫度，達到工作面舒適的溫度。