易自燃煤層大采高工作面CO異常超限防治技術(shù)實踐

王金平 WANG Jin-ping；王學(xué)兵 WANG Xue-bing；王星偉 WANG Xing-wei

（神華寧夏煤業(yè)集團羊場灣礦，靈武750411）

1 礦井及工作面概述

羊場灣煤礦采用中央并列抽出式對礦井進行通風(fēng)。自然瓦斯含量方面，煤層比較低，其瓦斯相對涌出量、絕對涌出量分別為0.1737m3/t、2.2902m3/min，二氧化碳的相對涌出量、絕對涌出量分別為0.2863m3/t、2.7745m3/min，可以說，該礦井是低瓦斯、低二氧化碳礦井。

2 工作面CO異常超限原因分析

2.1 外因分析 ①120201工作面開切眼周圍及上部沒有與其他采空區(qū)相連，且滯后110206開切眼近200m，因此可以排除其它采空區(qū)向工作面滲透CO氣體。②120201工作面自8月8日開采以來，只有在8月14日和8月20日分別在工作面使用過電焊，但使用地點都在5#支架以下，并且工作面8#支架以下一直有積水。

2.2 內(nèi)因分析 可燃物條件：浮煤、生活垃圾等雜物出現(xiàn)在開切眼調(diào)車硐室內(nèi)。供氧條件：自施工到工作面安裝期間，開切眼調(diào)車硐室一直采用擴散通風(fēng)。聚熱環(huán)境：在礦井內(nèi)部，由于長期通風(fēng)不良，開切眼調(diào)車峒室在一定程度上為煤柱、可燃物聚熱創(chuàng)造了便利條件。自燃時間條件：從4月5日施工結(jié)束至8月22日，120201進風(fēng)巷廢巷回采時間共計139天，超過了最短發(fā)火期23天。

3 工作面CO異常超限處理

3.1 第一階段：綜合實施防滅火措施

①向采空區(qū)通過工作面進風(fēng)巷采空區(qū)預(yù)埋注氮管路，注氮量為1200m3/h；②在工作面上巷，通過預(yù)埋的灌漿管路，進而在一定程度上向采空區(qū)進行注水，每日的注水量為1000m3（120201綜采工作面注氮灌漿系統(tǒng)圖見圖1）；③在工作面支架的頂部，從上向下向采空區(qū)每隔20架施工一鉆孔下套管向采空區(qū)進行注水；④為了阻止CO氣體外泄，在上下隅角及工作面支架后部設(shè)置擋風(fēng)簾；⑤為了工作面增壓，通常情況下，需要在下隅角處設(shè)置一趟風(fēng)筒；⑥制定和完善防滅火措施，由于工作面設(shè)備運行與采取防滅火措施之間相互影響，進而在一定程度上影響了生產(chǎn)的正常進行。

圖1 120201綜采工作面注氮灌漿系統(tǒng)圖

3.2 第二階段：工作面封閉注氮階段

對于工作面采空區(qū)的煤炭自燃，在一定程度上難以通過綜合防滅火措施進行有效地控制，并且工作面156#支架在8月30日出現(xiàn)煙霧，在110206下運巷向120201切眼施工的鉆孔附近9月2日也出現(xiàn)明顯的煙霧。

3.2.1 封閉工作面 對于工作面通過臨時密閉、封閉的方式進行相應(yīng)的處理，在距工作面50m處的工作面上、下順槽分別設(shè)置相應(yīng)的板閉，對臨時密閉板材搭接處與巷道圍巖接觸處采用快速密閉材料進行噴涂處理，在風(fēng)巷板閉另用2根4寸鋼管裝截止閥形成排氣管。

3.2.2 工作面封閉注氮時的通風(fēng)系統(tǒng) 在工程項目施工過程中，為了避免進、回風(fēng)兩巷封閉后進一步形成盲巷，在掘錨機通道的120201回風(fēng)巷口向上20米處，各安設(shè)一臺11kW局扇，如圖2所示。

3.2.3 工作面封閉注氮期間封閉區(qū)域內(nèi)的CO氣體變化狀態(tài)

A、封閉區(qū)內(nèi)的氧氣變化趨勢：在封閉注氮的第2天（9月4日），累計注氮約70000m3，封閉區(qū)域內(nèi)的氧氣濃度基本下降至5%以下。

圖2 封閉注氮時期工作面通風(fēng)系統(tǒng)圖

B、封閉區(qū)內(nèi)的一氧化碳氣體變化趨勢：封閉2天后，封閉區(qū)域內(nèi)的一氧化碳氣體濃度有明顯的下降趨勢，從最高30000PPm，下降至5000PPm以下。

C、封閉區(qū)內(nèi)的其它氣體變化趨勢：在封閉區(qū)內(nèi)，最初氧化過程不是隨著氮氣量的增加，氧氣量的減少而氧化速度變緩，而是隨著封閉區(qū)內(nèi)氧氣含量的減小，封閉區(qū)域內(nèi)各種氣體達到一個平衡后，遺煤的氧化速度才能變緩。

3.3 第三階段：工作面啟封和排氮

①首先進行鎖風(fēng)探查，即：在進風(fēng)巷密閉的左上角處拆除兩塊木板，形成一個不大于0.5m2的孔洞，先使風(fēng)筒偏離孔洞，然后逐漸靠近。②排氮：在施工過程中，分別對工作面進、回風(fēng)流區(qū)域設(shè)置相應(yīng)的警戒，并且在工作面進、回風(fēng)流區(qū)域的CO的濃度小于24ppm，O2的濃度大于18%、CH4的濃度小于1%、CO2的濃度小于1.5%，在此基礎(chǔ)上，先打開排氣孔，然后對進、回風(fēng)兩巷的板閉進行逐漸的拆除。

3.4 第四階段：均壓防火階段

3.4.1 120201綜采工作面通風(fēng)系統(tǒng)及壓能分布狀況

①設(shè)置工作面的通風(fēng)系統(tǒng)。對于120201綜采工作面來說，由于上順槽對應(yīng)著進風(fēng)巷，下順槽對應(yīng)著回風(fēng)巷，按照相應(yīng)的設(shè)計要求，工作面的進風(fēng)量通常為850m3/min，但是在作業(yè)過程中，實際進風(fēng)量為960m3/min。

②120201綜采工作面通風(fēng)阻力及風(fēng)量分布。

A、工作面壓能分布圖：通過選擇、確定適宜的比例，并且畫出對應(yīng)節(jié)點的等壓線，在等壓線上確定適當?shù)狞c，同時將該點作為節(jié)點的位置。

B、均壓區(qū)域控制目標：對于通風(fēng)系統(tǒng)的阻力分布、采空區(qū)的漏風(fēng)壓差等，通過壓能圖可以清楚地看出，選擇工作面上隅角為調(diào)壓的參考點，進而在一定程度上確定工作面調(diào)壓參考點的調(diào)壓值，△hme為：△hme=14.96-13.31=1.65（mmH2O）=16.5（Pa）。

3.4.2 設(shè)計工作面均壓方案

采用“U型”負壓對工作面進行相應(yīng)的通風(fēng)處理，120201的上順槽、下順槽分別對應(yīng)著進風(fēng)巷和回風(fēng)巷，使得采空區(qū)的漏風(fēng)量在一定程度上大大增加。

增壓具體設(shè)計方案為：

①設(shè)計原則。

A、維持原綜采工作面設(shè)計風(fēng)量。

B、采用風(fēng)窗。

②均壓參數(shù)計算。

由于保持工作面原有風(fēng)量不變的調(diào)節(jié)。則調(diào)壓值為：

△hme=hf=hw=16.5Pa

式中，△hme、hf、hw 分別代表調(diào)壓值，（Pa）、輔助通風(fēng)機的工作同風(fēng)壓，（Pa）、調(diào)節(jié)風(fēng)窗對風(fēng)流所產(chǎn)生的阻力，（Pa）。

③調(diào)節(jié)風(fēng)窗的設(shè)置。

在下順槽中選擇合適的位置，同時設(shè)置兩道風(fēng)門，風(fēng)門之間的間距控制在6m。將一個矩形帶拉板的窗口設(shè)置在風(fēng)門的上方，同時在其下方設(shè)置自動閉鎖封門。

④調(diào)節(jié)風(fēng)窗開啟面積的計算。

Sw=Q×S/（Q+0.759S×hw0.5）

式中，Sw、S、Q、hw分別代表：開啟調(diào)節(jié)風(fēng)窗的面積，（m2）、風(fēng)窗處的巷道斷面，（m2）、工作面供風(fēng)量，（m3/s）、風(fēng)窗調(diào)節(jié)對風(fēng)流產(chǎn)生的阻力，（Pa）。

⑤通風(fēng)機的選型。

選擇相應(yīng)的防爆通風(fēng)機型號及其主要參數(shù)為：型號、功率、風(fēng)量、風(fēng)壓分別為FBDNo7.1/3×75型二級對旋式局部防爆風(fēng)機、2×75kW（對旋風(fēng)機）、400～1150m3/min、820～9800Pa。

⑥輔助通風(fēng)機的設(shè)置。

A、上順槽的風(fēng)機設(shè)在120201回風(fēng)巷（進風(fēng)流）內(nèi)距工作面200米處，共4臺。

B、在進、出風(fēng)口共同各設(shè)置一道板墻或輕質(zhì)預(yù)制塊墻，墻中間設(shè)風(fēng)門。

C、選擇的風(fēng)機滿足風(fēng)量要求，但風(fēng)壓偏大。

D、為了提高相應(yīng)的調(diào)壓效果，安裝輔助風(fēng)機后，需要測試調(diào)壓工作面的風(fēng)量和輔助通風(fēng)機兩側(cè)風(fēng)流的壓差。

⑦均壓系統(tǒng)。

根據(jù)120201綜采工作面通風(fēng)系統(tǒng)和均壓要求，在120201回風(fēng)巷（進風(fēng)流）安裝輔助局扇，在下運巷安裝調(diào)節(jié)風(fēng)窗。

3.4.3 均壓系統(tǒng)的動態(tài)監(jiān)測

為了對調(diào)壓效果進行觀測，需要將壓差計安設(shè)在調(diào)節(jié)風(fēng)門上，進而在一定程度上通過安全監(jiān)控系統(tǒng)動態(tài)監(jiān)測調(diào)壓區(qū)的壓力變化情況。

3.5 第五階段：正常生產(chǎn)階段

對于該工作面來說，截止到12月底，其累計推進600米，并且120201下隅角、回風(fēng)流、采空區(qū)等的一氧化碳比較穩(wěn)定，同時并呈現(xiàn)不斷下降的趨勢。

4 效益評價

4.1 通過相應(yīng)的技術(shù)實踐，進一步增加了羊場灣煤礦120201復(fù)合煤層大采高工作面的產(chǎn)量，其年產(chǎn)量高達800萬噸。

4.2 隨著對CO異常超限進行技術(shù)處理，以及相應(yīng)的實踐的研究，今后寧東礦區(qū)大采高工作面將會逐漸增多，進而在一定程度上可以有效地防止大采高工作面出現(xiàn)自燃現(xiàn)象，該技術(shù)在集團公司各礦井類似條件下得到推廣性使用。

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