水峪煤業(yè)六采區(qū)CO 氣體治理技術(shù)研究

溫勇鋒

（山西汾西礦業(yè)集團(tuán)水峪煤業(yè)有限責(zé)任公司， 山西 孝義 032300）

1 水峪煤業(yè)概況

水峪煤業(yè)為斜井盤(pán)區(qū)開(kāi)拓方式，+800 m 水平開(kāi)采，主采2 號(hào)、9 號(hào)、10+11 號(hào)煤層，目前布置有六采區(qū)、八采區(qū)、九采區(qū)、十采區(qū)四個(gè)采區(qū)；水峪煤業(yè)采用機(jī)械抽出式通風(fēng)方法，分區(qū)式通風(fēng)方式。礦井目前系統(tǒng)為：“6 進(jìn)3 回”，6 個(gè)進(jìn)風(fēng)井分別是：服務(wù)服務(wù)六采區(qū)、十采區(qū)的2 號(hào)進(jìn)風(fēng)斜井、主斜井、付一井、付二井、東風(fēng)井，服務(wù)九采區(qū)的后河副斜井，3 個(gè)回風(fēng)井分別是：南風(fēng)井、后河風(fēng)井、王家莊風(fēng)井，分別位于井田南翼、十采區(qū)。

水峪煤業(yè)年度鑒定為低瓦斯礦井,礦井絕對(duì)瓦斯涌出量為8.69 m3/min，相對(duì)瓦斯涌出量為0.94 m3/t，采煤工作面最大瓦斯涌出量為0.41 m3/min，掘進(jìn)工作最大瓦斯涌出量為1.28 m3/min，二氧化碳相對(duì)涌出量為1.4 m3/t，絕對(duì)涌出量為13.01 m3/min。水峪煤業(yè)開(kāi)采2 號(hào)、9 號(hào)、10+11 號(hào)煤層自燃傾向性均為Ⅱ類(lèi)自燃、9號(hào)煤最短發(fā)火期為88 d，10+11 號(hào)煤最短發(fā)火期為84 d，所有煤塵具有爆炸性。

2 水峪煤業(yè)六采區(qū)第一行人巷CO 溢出情況

六采區(qū)開(kāi)采10+11 號(hào)合并層，煤層平均厚度6.70m，上覆9 號(hào)煤層平均厚1.60 m，層間距平均約1.80 m，均已經(jīng)回采或遭到小煤窯的破壞。2020 年6 月6 日，水峪煤業(yè)六采區(qū)第一行人巷132 號(hào)橫梁處巷幫裂隙中CO 氣體異常涌出，造成六采區(qū)第一行人巷巷道風(fēng)流中CO 氣體濃度（體積分?jǐn)?shù)）最高達(dá)到20×10-6，波及影響整個(gè)六采區(qū)所有用風(fēng)地點(diǎn)。同時(shí)六采區(qū)還有其他一些巷道和密閉內(nèi)也出現(xiàn)了CO 氣體超限。

在排查過(guò)程中發(fā)現(xiàn)六采后部回風(fēng)巷巷道風(fēng)流中CO 氣體濃度（體積分?jǐn)?shù)）最高達(dá)到22×10-6，其中在原61112 運(yùn)巷和61114 運(yùn)巷密閉墻觀測(cè)孔內(nèi)測(cè)得φ（CO）最高達(dá)到300×10-6，61106 運(yùn)巷采空區(qū)內(nèi)φ（CO）最高達(dá)到6 085×10-6，6308 運(yùn)巷采空區(qū)內(nèi)φ（CO）最高達(dá)到7 854×10-6。61106 至6308 煤柱之間局部地段溫度超過(guò)40 ℃，初步判斷為煤柱氧化造成。

2.1 六采區(qū)CO 氣體監(jiān)測(cè)辦法

為了治理CO 氣體，必須加強(qiáng)對(duì)六采區(qū)的氣體監(jiān)測(cè)，其方法為：在六采區(qū)設(shè)置4 處束管分析采樣點(diǎn)，分別為61112 運(yùn)巷回風(fēng)閉墻內(nèi)、61114 運(yùn)巷回風(fēng)閉墻內(nèi)、61106 運(yùn)巷回風(fēng)閉墻內(nèi)、6308 運(yùn)巷回風(fēng)閉墻內(nèi)，要求每日14 至18 點(diǎn)進(jìn)行一次采樣束管分析；設(shè)置6 處人工氣體檢查點(diǎn)，分別為六采回風(fēng)巷61112、六采后部回風(fēng)巷風(fēng)井井底處、南風(fēng)井測(cè)風(fēng)站處、前部回風(fēng)巷南風(fēng)井底處、前部回風(fēng)巷61109 運(yùn)巷上風(fēng)側(cè)及前部回風(fēng)巷6405 運(yùn)巷上風(fēng)側(cè)。

2.2 地面、井下排查方法

對(duì)六采區(qū)及周邊地面采空區(qū)塌陷區(qū)及地面廢棄井筒等進(jìn)行全面、細(xì)致排查，發(fā)現(xiàn)有漏風(fēng)現(xiàn)象立即采取地面封堵措施。

對(duì)井下六采區(qū)進(jìn)行全面漏風(fēng)排查和密閉墻檢查，重點(diǎn)包括第一行人巷、六采軌道巷、六采回風(fēng)巷、六采區(qū)總回風(fēng)巷、南風(fēng)井井筒等區(qū)域，發(fā)現(xiàn)漏風(fēng)或密閉墻不合格情況要及時(shí)采取措施進(jìn)行處理。

3 治理措施

六采區(qū)治理CO 氣體超限的難度為：六采區(qū)采空區(qū)范圍大、四周小窯多，采空區(qū)CO 積聚的地點(diǎn)位置不詳，如果采取均壓，則要影響鄰近礦井的安全生產(chǎn)，因此治理的總體思路為：采空區(qū)灌漿;密閉堵漏;煤柱巷道噴漿、對(duì)O2濃度（體積分?jǐn)?shù)）超過(guò)7%采空區(qū)注氮，防止產(chǎn)生新的CO 氣體。

3.1 采空區(qū)灌漿

水峪煤業(yè)南風(fēng)井建有南山灌漿站，設(shè)備型號(hào)為D46-30 多功能煤礦防滅火灌漿系統(tǒng)，主要由灌漿站泵房、儲(chǔ)水池、采土場(chǎng)、高壓水管、泥漿溜槽、貯漿池（過(guò)濾網(wǎng)）、灌漿管漿料儲(chǔ)存場(chǎng)地、清水多級(jí)離心泵、管路等組成灌漿方法采用采后隨灌。灌漿主管路為6 寸無(wú)縫鋼管，密閉墻內(nèi)使用4 寸無(wú)縫鋼管。

3.1.1 南山灌漿站組成

南山灌漿站建1 個(gè)采土場(chǎng)、1 個(gè)泵房、1 個(gè)儲(chǔ)水池及1 個(gè)貯漿池，池深1 m，長(zhǎng)×寬=2 m×1 m，池體用磚砌筑水泥抹面或用鋼板焊接，其入口安裝過(guò)濾網(wǎng)。貯漿池底部留有出料口，在漿液流入貯漿池前設(shè)過(guò)濾篩子(孔徑為10 mm)，池體用鋼板進(jìn)行焊接，泵房?jī)?nèi)安設(shè)1 臺(tái)D46-30*4 型離心泵1 臺(tái)。

3.1.2 灌漿站系統(tǒng)功能

1）系統(tǒng)可用黃土、粉煤灰等多種灌漿材料，易實(shí)現(xiàn)灌漿材料就地取材。

2）系統(tǒng)能制備各種濃度漿液（水土質(zhì)量比5∶1～1∶1），以適應(yīng)不同情況的灌漿。

3）可通過(guò)變換外加劑，即可通過(guò)該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)大流量地壓注凝膠、復(fù)合膠體和固化充填材料等多種新型防滅火材料，提高系統(tǒng)的利用率。

3.1.3 采空區(qū)灌漿量確定

灌漿材料主要采用黃土，灌漿代用材料的種類(lèi)主要有頁(yè)巖類(lèi)（包括頁(yè)巖、粘土頁(yè)巖、鋁土頁(yè)巖等）、礦井矸石山的矸石、火力發(fā)電廠(chǎng)的粉煤灰。井筒開(kāi)鑿期間的黃土、礦井周?chē)狞S土，容易開(kāi)采，數(shù)量充足的實(shí)際特點(diǎn)，此次灌漿材料選擇黃泥，對(duì)黃泥要求如下：

顆粒要小于2 mm，而且細(xì)小顆粒（黏土：≤0.005 mm 者應(yīng)占60%～70%）。主要物理性能指標(biāo)見(jiàn)表1。

表1 黃泥的主要物理性能指標(biāo)

3.1.4 灌漿參數(shù)計(jì)算及選擇

灌漿系統(tǒng)的灌漿系數(shù)、水土比等各項(xiàng)參數(shù)在實(shí)際生產(chǎn)中必須根據(jù)煤層發(fā)火情況、輸送距離、煤層傾角、灌漿方式及灌漿材料和季節(jié)等因素通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定，以確保灌漿效果和生產(chǎn)的安全。根據(jù)現(xiàn)狀及計(jì)算，利用南山灌漿系統(tǒng)對(duì)61106、6308 采空區(qū)進(jìn)灌漿，灌漿濃度不低于20%，每小時(shí)灌漿量不少于37.7 m3。

3.2 密閉墻堵漏風(fēng)

3.2.1 密閉漏風(fēng)原因

六采區(qū)CO 氣體超限后，對(duì)六采區(qū)老采空區(qū)的氣體進(jìn)行了監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)大多數(shù)密閉內(nèi)、外CO 氣體均超限，閉內(nèi)φ（O2）均超過(guò)7%，其原因是六采區(qū)壓力較大，時(shí)間長(zhǎng)了，引起密閉四周松動(dòng)圈發(fā)育，使老采空區(qū)漏風(fēng)嚴(yán)重，因此必須對(duì)漏風(fēng)密閉嚴(yán)密堵漏。

3.2.2 漏風(fēng)材料的選擇

水峪礦選擇能滲入煤層裂隙、黏性好、操作簡(jiǎn)單的堵漏材料，對(duì)采空區(qū)巷道松動(dòng)圈實(shí)施有效的堵漏材料，TB 防滅火堵漏材料。

3.2.3 TB 密閉材料使用方法

對(duì)產(chǎn)生裂隙的閉墻在外3 m 處重新砌筑一道，并在中間填充TB 防滅火堵漏材料；如果兩密閉墻充填后密閉還存在漏風(fēng)，則需在密閉四周松動(dòng)圈打小鉆注TB 防滅火材料，將密閉四周松動(dòng)圈裂隙全部堵塞。用井下移動(dòng)式注漿系統(tǒng)注TB 防滅火堵漏材料的方法：將TB 防滅火堵漏材料和水按50%的濃度投入攪拌機(jī)攪拌，然后注漿泵將攪拌機(jī)的漿液注入鉆孔之中。注漿過(guò)程為連續(xù)注入，邊加水邊加TB 防滅火堵漏材料，注漿流量為8 m3/h。用井下移動(dòng)式注漿泵注TB 防滅火堵漏材料的具體步驟：當(dāng)用兩個(gè)攪拌器時(shí)，分別向兩個(gè)攪拌器放入2.5～3.0 袋TB 防滅火堵漏材料攪拌，兩個(gè)攪拌器輪流向注漿泵供應(yīng)50%濃度的TB 防滅火堵漏材料溶液。當(dāng)用1 個(gè)攪拌器時(shí)，第1 次向攪拌器放入2.5～3.0 袋TB 防滅火堵漏材料攪拌，然后每1 分鐘均向攪拌器里放入1 袋TB 防滅火堵漏材料攪拌，注漿泵連續(xù)向密閉內(nèi)注入TB 防滅火堵漏材料。

3.3 巷道噴漿堵漏

對(duì)六采區(qū)巷道進(jìn)行漏風(fēng)排查后，首先對(duì)六采軌道巷、六采第一行人巷61106、6308 上下端進(jìn)行隔斷,隔斷寬度大于800 mm，并及時(shí)對(duì)隔斷處進(jìn)行噴漿封堵。

對(duì)六采區(qū)的漏風(fēng)巷道共計(jì)800 m，其中六采區(qū)第一行人巷左幫噴漿370 m，右?guī)蛧姖{500 m。

3.4 采空區(qū)注氮

用氮?dú)夥罍缁鸷妥柚雇咚贡ǖ倪^(guò)程稱(chēng)為惰化，惰化后的火區(qū)因氧氣不足而不能燃燒和爆炸。氮?dú)獾姆罍缁鹱饔茫词共煽諈^(qū)等有關(guān)區(qū)域惰化。

3.4.1 防火注氮流量計(jì)算

采空區(qū)合理的防滅火注氮流量根據(jù)理論計(jì)算和礦井工作面防滅火注氮實(shí)踐考察而確定。防火注氮流量的計(jì)算和工作面的風(fēng)量、產(chǎn)量、采空區(qū)體積、瓦斯涌出量及煤炭發(fā)火程度有關(guān)。通過(guò)計(jì)算，依據(jù)國(guó)內(nèi)外應(yīng)用氮?dú)夥罍缁鸬慕?jīng)驗(yàn)，將防滅火注氮流量確定為720 m3/h。

3.4.2 防火注氮

利用地面FDA97-2000 注氮系統(tǒng)向61106、6308采空區(qū)內(nèi)注入氮?dú)猓⑷肓坎簧儆?00 m3/h。六采區(qū)密閉內(nèi)采空區(qū)經(jīng)過(guò)注氮?dú)夂螅鯕獯蠓陆担忻荛]內(nèi)的氧氣均降為7%以下，采空區(qū)內(nèi)浮煤再也不會(huì)氧化自然發(fā)火，下頁(yè)圖1 為61106 運(yùn)巷密閉墻內(nèi)注氮前后φ（O2）變化圖。從圖1 中可以看出注氮后密閉內(nèi)φ（O2）由10%降為4%，達(dá)到了安全規(guī)程規(guī)定了密閉內(nèi)氧氣濃度體的標(biāo)準(zhǔn)。

圖1 注氮前后密閉內(nèi)φ（O2）變化圖

4 綜合放滅火效果

1）61106 至6308 煤柱之間局部地段溫度降低為20 ℃，與六采區(qū)的日常空氣溫度相同。

2）61106、6308 采空區(qū)內(nèi)空氣中的氧氣濃度（體積分?jǐn)?shù)）降到5.0%以下。

3）經(jīng)化驗(yàn)61106、6308 等采空區(qū)內(nèi)空氣中不含有乙烯、乙炔，φ（CO）穩(wěn)定在5×10-6以下。

4）灌漿區(qū)內(nèi)出水溫度為16 ℃。

5）以上指標(biāo)穩(wěn)定在3 個(gè)月以上。

5 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過(guò)綜合治理，六采區(qū)CO 溢出治理各項(xiàng)指標(biāo)均下降到《煤礦安全規(guī)定》指標(biāo)以?xún)?nèi)，六采區(qū)CO 溢出治理工程圓滿(mǎn)結(jié)束。