淺埋近距離煤層群回采工作面均壓通風(fēng)技術(shù)研究

李東武

【摘 要】 文章針對(duì)山西某礦2501工作面上隅角CO濃度、溫度超限問題，采用均壓理論，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，測(cè)出工作面漏風(fēng)點(diǎn)位置，采用注漿封堵的方法對(duì)漏風(fēng)點(diǎn)進(jìn)行封堵。研究結(jié)果表明：1. 2501工作面漏風(fēng)區(qū)域在工作面60m-90m;2. 注漿作業(yè)完成后工作面最高溫度20℃，CO濃度最大量為0.002%;3. 風(fēng)量損失量為130m3/min，風(fēng)壓壓降30Pa;研究方法和研究結(jié)果對(duì)其他煤礦工作面防滅火工作具有一定指導(dǎo)意義和現(xiàn)實(shí)意義。

【關(guān)鍵詞】 淺埋近距離煤層組;自燃;均壓理論;注漿

【中圖分類號(hào)】 TD72 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】 A 【文章編號(hào)】 2096-4102（2021）06-0013-03

淺埋近距離煤層自燃問題目前已成為影響礦井安全生產(chǎn)的主要問題。由于淺埋近距離煤層組容易在回采后在采空區(qū)產(chǎn)生較多的遺煤，裂隙帶會(huì)將采空區(qū)和上部未開采的薄煤層貫通，產(chǎn)生更多次生災(zāi)害。國內(nèi)外學(xué)者在該方面未進(jìn)行相關(guān)研究，以往的研究主要針對(duì)礦井采空區(qū)遺煤自燃問題，且以往的防滅火技術(shù)未對(duì)工作面出現(xiàn)發(fā)火問題進(jìn)行有針對(duì)性的理論研究，導(dǎo)致防滅火工作存在盲目性。針對(duì)目前近距離淺埋煤層防滅火現(xiàn)狀，本文以山西某礦2501工作面上隅角CO超限問題進(jìn)行一系列有針對(duì)性的研究。通過現(xiàn)場(chǎng)風(fēng)量、風(fēng)壓監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得出工作面發(fā)火區(qū)域，并對(duì)主要發(fā)火區(qū)域進(jìn)行注漿封堵，彌補(bǔ)了以往淺埋近距離煤層防滅火無針對(duì)性的不足。

1 礦井及工作面概況

山西某礦為高瓦斯礦井，主采煤層為5#煤層，5#煤為無煙煤，平均煤層厚度5m，5#煤距離上部4#煤層平均距離為11m，距離6#煤層為8m，5#煤層平均埋深209m，為淺埋近距離煤層組。礦井采用走向長(zhǎng)壁綜合機(jī)械化放頂煤開采，一次采高3m，放頂高度2m。目前在采工作面為2501工作面，工作面走向長(zhǎng)度1536m，切眼長(zhǎng)度200m。2501工作面運(yùn)輸順槽高度4m，寬度5m，配風(fēng)量為1528m3。

回風(fēng)巷出現(xiàn)CO超標(biāo)現(xiàn)象，瓦檢員檢測(cè)回風(fēng)巷上隅角CO濃度為0.3%，嚴(yán)重超限，隨后幾天出現(xiàn)溫度明顯增高的情況。通過對(duì)回風(fēng)巷CO和溫度進(jìn)行為期一周的檢測(cè)，得到數(shù)據(jù)如圖1所示。

由圖1可知，2501回風(fēng)巷溫度、CO濃度均呈現(xiàn)遞增趨勢(shì)。因此推測(cè)采空區(qū)內(nèi)存在遺煤自燃現(xiàn)象。

2 均壓淺埋近距離煤層防滅火方案及實(shí)施

2501工作面主采煤層5#煤層距離上部4#煤層平均厚度11m，5#煤層平均厚度5m，4#煤層位于5#煤層上部裂隙帶內(nèi)，4#煤層不具有開采價(jià)值，未進(jìn)行開采，5#煤層開采完畢后，采空區(qū)會(huì)和4#煤層貫通。煤層整體埋深較淺，礦壓較小。根據(jù)目前CO濃度超限情況分析，上部4#煤層可能出現(xiàn)自燃的次生災(zāi)害。

2501工作面局部通風(fēng)系統(tǒng)圖如圖2所示。為分析工作面巷道路線漏風(fēng)情況以及風(fēng)壓情況，在2501工作面運(yùn)輸巷、切眼、回風(fēng)巷設(shè)置測(cè)點(diǎn)5個(gè)，測(cè)點(diǎn)分布如圖2。

2501工作面5個(gè)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)匯總?cè)绫?所示。

由圖3可知，60m-90m區(qū)域，風(fēng)量和風(fēng)壓數(shù)據(jù)出現(xiàn)突變現(xiàn)象。0m-60m區(qū)間范圍內(nèi)，風(fēng)速呈慢慢增加趨勢(shì)，每米風(fēng)速增加量約為1.12m3/min，風(fēng)壓變化率為0.18Pa/m;60m-90m區(qū)域范圍內(nèi)，風(fēng)速呈增加趨勢(shì)，每米風(fēng)速增加量約為4.13m3/min，風(fēng)壓變化率為1.33Pa/m;風(fēng)量變化率增加了2.68倍，風(fēng)壓變化率增加了6.4倍。推測(cè)該區(qū)域出現(xiàn)了漏風(fēng)現(xiàn)象。根據(jù)目前監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)計(jì)算，預(yù)計(jì)漏風(fēng)率達(dá)到了72%，根據(jù)均壓理論分析，該區(qū)域如果進(jìn)行封堵作業(yè)，即可將漏風(fēng)區(qū)域完全堵住，降低該區(qū)域產(chǎn)生自燃的情況。由于沒有新鮮風(fēng)流流入采空區(qū)，即使采空區(qū)內(nèi)存在遺煤，沒有助燃劑（氧氣）依舊無法燃燒。

本次注漿區(qū)域較小，為工作面60m-90m區(qū)域，注漿使用的漿液為水泥漿，水灰比1∶1.08，加速凝劑;打孔使用風(fēng)暴鉆機(jī)，普通螺紋鉆桿，孔徑Φ30mm，注漿采用ZBQ-27/1.5氣動(dòng)注漿泵。孔間距為3m，施工鉆孔10個(gè)，平均鉆孔深度15m。

采空區(qū)內(nèi)巖層孔隙率為0.66，預(yù)計(jì)封堵區(qū)域?yàn)?0m，漿液有效利用率為80%，現(xiàn)場(chǎng)共注漿液4500m3，計(jì)算出的封堵面積如圖4所示。

3 效果考察

注漿作業(yè)完成后，分別對(duì)工作面區(qū)域內(nèi)風(fēng)壓、風(fēng)量、溫度、CO濃度數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，對(duì)上隅角溫度和CO濃度進(jìn)行為期14天的檢測(cè)。

檢測(cè)結(jié)果如圖5、圖6所示。

由圖5可知，封堵后工作面風(fēng)壓和流量出現(xiàn)較小波動(dòng)，從工作面運(yùn)輸巷端頭到工作面回風(fēng)巷端頭，風(fēng)壓由368Pa降低到338Pa，180m范圍內(nèi)風(fēng)壓降低了30Pa，壓降平穩(wěn);風(fēng)量由1230m3/min降低到1100m3/min，風(fēng)量損失量為130m3/min，為正常損失量。

由圖6可知，封堵后工作面上隅角溫度變化平穩(wěn)，溫度在11℃-20℃變化，CO濃度變化量為0.0009%-0.002%波動(dòng)，均未出現(xiàn)超限情況。溫度波動(dòng)較大和送風(fēng)量有一定關(guān)系，因此溫度波動(dòng)屬于正常現(xiàn)象，最高溫度20℃。

通過效果考察結(jié)果顯示，封堵效果明顯，有效解決了工作面采空區(qū)內(nèi)自燃現(xiàn)象。

4 總結(jié)

本文分析了山西某礦2501工作面上隅角溫度、CO濃度超限原因?yàn)檫z煤自燃，統(tǒng)計(jì)分析工作面發(fā)火點(diǎn)，運(yùn)用均壓理論進(jìn)行分析封堵，之后進(jìn)行效果考察，得出以下結(jié)論：

工作面上隅角CO濃度、溫度超限的主要原因?yàn)楣ぷ髅娌煽諈^(qū)內(nèi)遺煤自燃，自燃區(qū)域主要為工作面60m-90m區(qū)域;

通過計(jì)算，采空區(qū)內(nèi)需要注入漿液量為4500m3，注漿區(qū)域?yàn)楣ぷ髅媲胺?0m范圍內(nèi)，并劃出了注漿中心區(qū)域和影響區(qū)域;

注漿后進(jìn)行效果考察，工作面總風(fēng)量損失量為130m3/min，風(fēng)壓壓降30Pa;工作面上隅角CO濃度最大量為0.002%，最高溫度20℃。

【參考文獻(xiàn)】

[1]潘榮錕，劉偉，李懷珍，等.淺埋近距離煤層群工作面上隅角貧氧致因及綜防技術(shù)[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，2021，49（2）：102-108.

[2]慈忠貞.近距離煤層綜采工作面均壓防滅火技術(shù)應(yīng)用研究[J].能源與環(huán)保，2020，42（9）：22-25，29.

[3]張劍.西山礦區(qū)近距離煤層群開采巷道圍巖控制技術(shù)研究及應(yīng)用[D].北京：煤炭科學(xué)研究總院，2020.

[4]李玉福.神東礦區(qū)近距離煤層群開采低氧防治技術(shù)及應(yīng)用[J].煤礦安全，2018，49（10）：80-84.

[5]黃戈，張勛，王繼仁，等.近距離煤層上覆采空區(qū)自燃形成機(jī)理及防控技術(shù)[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，2018，46（8）：107-113.

[6]王銳.火區(qū)下近距離煤層開采有害氣體入侵災(zāi)害防控技術(shù)研究[D].青島：山東科技大學(xué)，2018.

[7]王志峰.均壓通風(fēng)技術(shù)在上灣煤礦的應(yīng)用研究[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，2016，44（10）：53-57.

[8]郭艷軍.無均壓條件下瓦斯治理技術(shù)研究[J].中國礦山工程，2021，50（3）：74-76.

[9]鄧照玉.近距離自燃煤層回采工作面合理通風(fēng)研究[J].中國礦山工程，2020，49（3）：35-37，61.

[10]張效春.多層采空區(qū)流場(chǎng)動(dòng)態(tài)平衡理論與技術(shù)[D].阜新：遼寧工程技術(shù)大學(xué)，2014.

[11]汪東生.近距離煤層群保護(hù)層開采瓦斯立體抽采防突理論與實(shí)驗(yàn)研究[D].北京：中國礦業(yè)大學(xué)，2009.