綜采工作面防滅火作業中均壓通風技術的應用研究

楊東方

（潞安礦業集團<有限>責任公司古城煤礦，山西 長治 046100）

均壓通風技術是一種合理、高效的通風管理技術，在煤礦井下通風調節控制中得到廣泛的應用，尤其是在煤礦生產過程中，已被廣泛地用于礦井瓦斯的防治和防火管理。對工作面進、回風巷的氣流進行了有效的控制，使工作面壓力差保持在合理范圍內，從而對工作面的采空區進行了有效的控制。對采空區煤層進行抑制，防止煤層發生自燃，避免煤層上隅角積累CO，保證了綜采工作面的安全。潞安化學公司某礦具有120×104t/a 的產能，經調研分析，該礦瓦斯級別為高瓦斯礦井，以3煤層為重點，其自燃程度為一級，自然點火時間59d，為易燃性煤層。煤礦采氣方式為抽吸，主要為主斜、副豎井，而在東側為回風。在礦井自然發火監控中，采用JSG-8 型束管式監控，以人工監控為輔，采用阻化劑、注水、注漿等措施進行控制。當前，由于受地質條件的制約，3605 綜采工作面采空區在回采時會出現局部的有底煤的情況[1]。在采空區煤層中，由于煤層的存在，煤層中的煤層會發生自燃，在煤層上隅角處，CO噴發量較大，嚴重時可能發生超限。

1 3605綜采工作面概況

3605綜放工作面位于3603號回采工作面的南側，位于東翼帶-175m 的運輸大巷的北側，東翼為軌道運輸大巷及煤柱，延伸至四采區保護煤柱，西側至三采區鐵路下部。由于候村的滑移作用，對3605 工作面造成較大影響，導致3605 綜放工作面3#煤的賦存不穩。對采區運輸巷和回風巷掘進過程中的實際數據和開采面10915 和10807 鉆孔數據進行了分析，研究發現，該礦區的煤層具有非均質性的特征，煤層厚度分布在0.1~10.2m 之間，平均厚度為4.6m。煤層頂為中度砂體，平均厚度12.5m，頂板較硬，且具有5~7 的硬度。煤體底板為8m 厚度的砂質粘土巖石，其堅硬系數為2~3。采場上煤層的礦體特征見表1。3605綜放區在施工中，一些頂板和底板出現了明顯的起伏，造成了回風巷和運輸巷的高煤層，高度甚至達到10.2m，并有拋底煤的可能。工作面的縱向長度為502~698m，坡長160m，可開采儲量58×104t。采場采取了向長臂式后撤開采方法，全崩塌開采方法進行頂板管理。采用U 形通風方式，3605膠帶巷為進風巷、3605輔運巷為回風巷，隧道截面呈半圓形弧形[2]。

表1 工作面頂底板巖性

在3605綜采工作面2021年5月12~15日組織生產過程中，煤層上隅角CO發生異常噴發。經現場人員檢查和觀察，發現CO的濃度在（1.2~3）×10-5之間，并有連續的噴流，CO感應器發生四次報警。經現場勘查和分析，分析結果表明，CO 的異常爆發是采空區的漏氣引起的，煤體發生氧化、自燃，CO 流入工作面，導致上隅角處CO的反沖，給工作面帶來了很大的沖擊。

2 均壓通風技術的應用

2.1 均壓通風系統布置

在原U 型通風系統的基礎上，通過加裝調整裝置的方式，對采場進風巷進行了調整，利用采場進風流量進行均勻通風。根據采場的要求，采場設計的通風能力為1041m3/min，按照采場實際工作條件，設計了1621m3/min 的通風系統。均勻壓力通風系統主要是為了降低進風巷的排風率，進而對采空區進行漏風率的調控，減少進風巷和回風巷間的風壓差值，以避免采空區內煤燃燒引起CO進入采場。

2.2 現場應用效果分析

3605 的進風量是1621m3/min，在使用均勻的氣壓下，3605 的進風巷的氣壓是281Pa；回風巷氣流為1648m3/min，氣壓為320Pa。在3605進風巷采用均勻壓力通風后，空氣流量是1190m3/min，壓力是382Pa；回風巷氣流為1208m3/min，氣壓413Pa。圖1 所示為工作面的均勻通風系統。

圖1 均壓后的通風系統示意

（1）采用均壓通風以后，3605 工作面進風巷和回風巷的風流量差異為27m3/mm 和18m3/mm，降低了9m3/mm。

（2）3605 工作面回風巷和回風巷的壓力差異為39Pa 和31Pa，壓力差異減小8Pa，壓強差異更為均衡。采場進風巷壓強提升101Pa、回風巷壓力提升93Pa，工作面壓力得到了明顯的改善。

（3）現場監測及管束監測顯示，上隅角CO 濃度降低至（4~6）×10-6，較均勻通風時降低幅度較大[3]。

2.3 搬縫封堵

在3605 工作面上隅角CO 濃度超標的情況下，對3605 工作面進行了表面治理。在現場發現多處搬縫、塌陷區后，立即組織工人進行了搬縫及塌陷區的填筑，并派人進行現場驗收，防止地表的氣流通過搬縫、塌陷區進入采空區。在填埋場完成后，地面工作人員會定期對地面進行巡視，如果發現有新的裂縫和塌陷，就會立即進行填筑。

2.4 均壓通風期間的防滅火措施

在3605 工作面采用均勻壓力通風時，根據現場的具體情況，采取了如下的防火措施：

（1）采用3605 綜采工作面上、下順槽的管線，將管線連接到注漿站點，實現對采空區的持續注漿，同時可以對注漿數據進行記錄，便于日后排查。

（2）對3605綜采工作面封閉墻體進行了現場檢查，對存在的漏風部位采用注漿加固或噴漿加固方法。

（3）為了保證采空區的殘煤得到充分的覆蓋，防止煤層發生自燃和氧化，必須加大噴淋次數和噴淋時間。

（4）配套建立監控體系，采用與工作面相連的密閉墻墻上、下隅角、工作面上、下隅角埋設管道，并對密閉墻和采空區的瓦斯采樣進行了分析，以確定密閉墻內的瓦斯指數和采空區是否有自燃、氧化等問題。根據《3605 綜采工作面防滅火設計及安全技術措施》的規定，礦井通風處每日派專人采樣、分析密閉墻、采空區的瓦斯，以消除自燃發生的安全隱患。

2.5 均壓通風期間的安全保障措施

（1）在3605工作面采用了均壓措施以后，當監控系統監測到上隅角、回風巷等回風區存在CO 濃度大于2.4×10-5、CO濃度大于1.5%、CH4濃度大于0.8%、漏風量大于16m3/min等情況，導致工作面通風不暢或停電，應采取增阻措施，使回風巷內進、回風巷間風壓差增大，防止非正常噴出或超限的危險氣體。同時，要立即停止工作，并由班組長或安檢員帶領員工撤離到空氣流通區域等安全地帶，并將情況匯報給計劃和通風部，在完成工作和保證通風系統的穩定后，方可進入。

（2）對3605工作面采取了均勻通風措施，通風部每天都要派瓦斯員對進、回風巷的調整設備進行檢查，一旦發現有問題，立即進行處理，以保證設備的完好和通風的可靠性。

（3）在工作面開采過程中，由于大塊的矸石、鐵器等會對設備造成損害，在出煤過程中，安排煤礦工人看守設備，避免由于設備損壞而使工作面的風量增加，從而使采空區殘留煤氧化、自燃。

（4）各班組安排專職檢查人員執行常態化的檢測工作，實時觀測上隅角和回風巷CO濃度，如有異常，應及時報告調度和通風部門，并及時采取相應的措施[4]。

3 應用效果分析

3605 工作面采用均勻通風、搬縫封堵等多種防火技術，并采取相應的防護手段，工作面風壓降低至9m3/min，工作面壓強明顯增加，壓力差由39Pa 降至31Pa，工作面上隅角CO濃度降低至（4~6）×10-6，大大減輕了現場的消防工作壓力。

4 結論

在3605綜放工作面上，在回采期間，煤層上隅角處存在CO 異常噴發和濃度超標的問題。為了解決這一問題，采取了均勻通風技術，并通過維護調整設施，加固密封墻，并進行地面移縫的回填法，使采空區的漏風率小于8m3/min；另外，對采空區進力行黃色泥漿灌注，增加采空區殘留煤層的使用次數和使用時間，利用JSG-8 光束監控和現場測量等方法進行了有效的防火控制，有效控制了采空區漏風引起的殘余煤體的燃燒。工作面上隅角及回風巷CO 濃度降低至（4~6）×10-6，對CO的異常爆發和超限起到了很好的抑制作用，同時也能減輕工作面的消防工作量，提升了工作面得到安全性。