近距離多煤層開采取消均壓系統可行性研究

許金波

（晉能控股煤業集團，山西 大同 037001）

礦井均壓防滅火技術始于20世紀50年代，由波蘭學者漢·貝斯特朗首先提出，60年代開始在我國推廣應用。起初主要作為火區治理手段之一，在各類大小礦井中廣泛應用。通過建立均壓系統可以平衡本工作面與鄰近采空區之間的壓差，有效防止鄰近采空區有害氣體涌入本工作面［1］。但相比全風壓通風，均壓通風系統存在設施設備多、管理環節多、系統不穩定、作業環境差等問題，尤其是一旦出現無計劃停電停風，造成工作面突然泄壓，極易導致采空區有害氣體突然大量涌出，帶來嚴重的安全生產隱患。

本文通過研究在均壓工作面采取布置全風壓導風筒引流、構筑通風設施調整阻力分布以及對本工作面和四鄰采空區進行抽采泄壓等綜合治理措施，著力降低本工作面和四鄰采空區之間的壓差，為徹底取消均壓通風系統提供理論依據和實踐支撐。

1 工作面概況

1.1 工作面四鄰關系

選取山西某煤礦相鄰的81022 和81024 工作面為研究對象，81022 工作面回采期間81024 為備采工作面，81024 工作面回采期間81022 工作面已封閉。

14#層81022 工作面回采期間采用均壓通風，上覆本礦11#層81005 面、81007 面、81011 面、81013 面采空區及8#層某地方煤礦采空區，北側為81024 備采工作面，南側為81220 工作面采空區。

14#層81024 工作面回采期間采用全風壓通風。上覆為本礦11#層81005 面、81007 面、81019面、81011 面、81013 面、81015 面采空區及8#層某地方煤礦采空區，工作面北側為實煤區，南側為81022 工作面采空區。

11#層與14#層間距23～26 m，平均24.5 m，不同位置層間壓差2～40 mm水柱不等。8#層與14#層間距76.5～82.7 m，平均80.2 m，層間壓差50 mm水柱。

1.2 工作面瓦斯等有害氣體主要來源

四鄰采空區有害氣體涌入本工作面的兩個必要條件：一是在四鄰采空區積存大量的有害氣體，二是存在有害氣體遷移的動力［2］。

通過向四鄰采空區打孔取樣和本工作面采空區取樣化驗，發現多處氧氣濃度不足10%、瓦斯濃度大于5%。由于主扇負壓的作用，有害氣體通過煤體裂隙和采空區導通后的通道連續進入81022（81024）工作面，本工作面回采后采空區游離狀態的瓦斯隨著采空區漏風也一并進入81022（81024）工作面，導致工作面回風隅角出現低氧和瓦斯超限的問題。

圖1 81022 和81024 工作面有害氣體主要來源

2 取消均壓通風系統工作思路

根據上述情況，可以確定取消均壓通風系統的三個工作方向：

1）實施采空區抽采，減少采空區有害氣體積存量［3］。

2）降低工作面間壓差，削弱氣體遷移動力［4］。

3）適當增加工作面配風量，及時稀釋回風隅角涌出的有害氣體。

3 采取的措施及效果

3.1 81022工作面

81022 工作面試驗取消均壓系統期間通風系統見圖2。

圖2 81022 工作面試驗取消均壓系統期間通風系統

（1）采取的措施

根據81022 工作面四鄰采空區的探測情況以及礦方的設備、設施，主要采取了以下措施：

①實施回風隅角插管抽采。沿51022 巷內布置一趟Φ300 鋼管，在距工作面煤壁處9 m處連接600 mm硬質骨架風筒，抽采本工作面采空區瓦斯，通過抽采將采空區部分有害氣體排出，降低通過回風隅角涌入工作面的有害氣體流量，抽采流量80 m3/min。

②布置回風隅角全風壓導出式風筒。全長度鋪設一趟直徑800 mm的骨架風筒，風筒吸風口位于工作面回風隅角以里1 m處，出風口位于回風繞道與盤區回風巷交匯點下風側10 m處，配合回風隅角插管抽采將回風隅角涌出的部分有害氣體直接引入盤區回風巷，風筒風量98 m3/min。

③實施鄰近采空區抽采。沿51022 巷道頂板向81220 工作面采空區施工鉆孔，51022 巷的鉆孔通過75 mm絲管與51022 巷的抽采管路連接，通過移動抽采泵抽采81022 工作面鄰近81220 工作面采空區內的瓦斯，然后將瓦斯直接排入412 盤區回風巷。一方面是引流采空區內有害氣體，減少有害氣體的絕對量；另一方面是降低本工作面與采空區間的壓差，削弱有害氣體涌出的動力。

（2）取得的效果

通過采取以上3 項措施，81022 工作面開始試驗取消均壓通風系統，取消均壓系統前后工作面風量和氣體濃度變化見表1～表3。

表1 81022 工作面在均壓通風期間氣體和風量情況

表2 81022 工作面取消均壓系統風量和當日氣體極值

表3 3月18日81022 工作面取消均壓系統測試不同風障期間工作面風量和當日氣體極值

（3）試驗結果

工作面取消均壓通風系統，在綜合采取回風隅角插管抽采、回風隅角全負壓導風筒以及吊掛風障等措施后，不能完全消除四鄰采空區氣體對本工作面的影響，未徹底解決工作面回風隅角低氧和瓦斯超限的問題。經分析原因如下：

①從數據分析，停運均壓系統后，回風隅角與回風流的氧氣、瓦斯濃度相差很大，且回風流氣體符合《煤礦安全規程》要求，可以認定為通過回風隅角涌出的有害氣體量和濃度均比較大，未能及時被稀釋。

②鄰近采空區抽采和本工作面采空區插管抽采總流量僅80 m3/min，不能有效抽排采空區有害氣體，不能有效降低工作面與四鄰采空區之間的壓差，達不到取消均壓系統的目的。

3.2 81024工作面

81024 工作面回采期間通風系統及地面鉆孔布置見圖3。

圖3 81024 工作面回采期間通風系統及地面鉆孔布置

（1）采取的措施

通過分析81022 工作面未能取消均壓系統的原因，結合81024 工作面四鄰采空區的實際情況，為進一步有效降低采空區間壓差、減少采空區有害氣體積存量、及時稀釋回風隅角涌出的有害氣體，綜合采取了以下措施：

①實施地面抽采。在81024 工作面對應地表位置施工10 個地面鉆孔，9 個終孔位置落在對應的11#層各采空區，1 個終孔位置落在對應的8#層采空區實施采前預抽，隨采隨抽。地面抽采泵站設2 臺2BEY62 型水環真空泵，一用一備。初采前期預抽上覆11#層81005 采空區瓦斯，次之預抽11#層81007、依次往外。目前過上覆11#層81009 采空區，對6、7、8 號鉆井進行瓦斯抽采，瓦斯濃度7.5%，氧氣濃度15%，總流量為141 m3/min。

②實施回風隅角插管抽采。在81024 工作面鋪設的一趟Φ300 管路，連接直徑600 mm伸縮風筒至切頂線以里1 m處，利用410 盤區瓦斯抽采泵站2BEC52 泵對回風隅角進行插管瓦斯抽采，抽采流量75 m3/min。

③實施上覆采空區抽采。從51024 巷每隔100 m向上覆11#層采空區施工抽采鉆孔，每組3個抽采孔一個觀察孔；鉆孔直徑均為108 mm，利用410 盤區瓦斯抽采泵站2BEC52 泵對上覆采空區進行抽采，抽采流量72 m3/min。

④增大工作面配風量。81024 工作面的風量由原來753 m3/min增加至1 682 m3/min，通過增大配風及時稀釋回風隅角涌出的有害氣體。

⑤安裝使用壓風引射器。在81024 工作面尾架與煤幫之間吊掛3 臺壓風引射器，連接壓風管路，引射器出風口連接10 mΦ400 mm風筒延至割煤線往外10 m處，3 臺引射器總通風量500 m3/min。

⑥施工端頭封堵。采用柔性充氣氣囊對回風隅角進行端頭封堵，隨回采進度每天移動一次，減小回風隅角漏風通道斷面，減少采空區有害氣體通過回風隅角涌入工作面的流量。

⑦布置回風隅角全風壓導出式風筒。全長度鋪設一趟直徑800 mm的骨架風筒，風筒吸風口位于工作面回風隅角以里1 m處，出風口位于回風繞道與盤區回風巷交匯點下風側10 m處，配合回風隅角插管抽采將采空區部分有害氣體直接引入盤區回風巷，風筒風量60 m3/min。

⑧構筑控風設施，調整礦井通風阻力分布。81022 采空區對81024 工作面壓力為22～30 mm水柱，為降低此壓力，在81022 和81024 工作面之間的盤區回風巷內構筑調節，調整礦井通風阻力分布，使81022 與81024 采空區分別處于調節兩側，降低81022 采空區對81024 采空區的氣體壓力，減少采空區氣體向81024 工作面的涌入量。

圖4 新構筑增阻調壓設施位置

（2）取得的效果

通過采取以上八項措施，上覆11#層采空區對14#層工作面的壓力從2～40 mm水柱降至2～12 mm水柱，81022 采空區對81024 工作面壓力從22～30 mm水柱降至10～14 mm水柱，81024 工作面在全風壓通風系統下已安全回采550 m，徹底取消了均壓通風系統。主要有以下經驗：

①綜合采取上覆采空區抽采和地面鉆孔抽采，總流量達210 m3/min。實施采前預抽，隨采隨抽，大量排放了本煤層和上覆11#層采空區有害氣體，既降低了有害氣體的濃度，也降低了11#層采空區對81024 工作面的氣體壓力，減少了氣體下泄量。

②及時進行端頭封堵，減少了回風隅角氣體涌出量，同時安裝使用3 臺壓風引射器，能夠將回風隅角涌出的部分有害氣體及時排出，并將工作面新鮮風引入回風隅角區域，及時稀釋回風隅角有害氣體。

③實施工作面采空區插管抽采，將上覆層采空區下泄的部分有害氣體直接排入盤區回風巷，降低通過回風隅角的涌出量。

表4 81024 工作面正常生產期間工作面風量和氣體情況

4 結論

通過對比81022 和81024 工作面采取的措施以及取得的不同效果，證明上述取消均壓通風系統的思路是可行的：

1）對于存在四鄰采空區有害氣體涌入隱患的工作面，應當采取采前預抽和隨采隨抽，降低采空區內的有害氣體濃度和相對壓力。

2）安裝使用壓風引射器、布置全風壓導出式風筒，引流回風隅角涌出的有害氣體，減少有害氣體通過回風隅角的絕對量。

3）采用構筑調壓設施的方式調整局部通風阻力分布，削弱相鄰采空區對本工作面的氣體壓力。

4）在保證工作面作業環境和防火需要的前提下適當增加配風量，及時稀釋回風隅角有害氣體。

針對各礦實際生產過程中存在的差異，可以有針對性的調整重點工作方向，但采取綜合措施仍是第一選擇。