近距離煤層綜采面初采期上隅角CO超限原因及治理

摘要：針對(duì)21113工作面初采期上隅角CO濃度異常升高現(xiàn)象，分析了超限原因，提出了“停止回采→封面注氮→啟封排氮→均壓通風(fēng)開采”的多項(xiàng)階段性技術(shù)措施，取得了良好的治理效果。

關(guān)鍵詞：近距離煤層；薄層間距；綜采工作面；CO超限

1 工程概況

21113工作面為井工二礦11#煤第10個(gè)工作面，工作面長(zhǎng)130m，推進(jìn)長(zhǎng)度900m。西為21109工作面（正在回采），北為露天礦邊幫保護(hù)煤柱，南為9煤輔運(yùn)大巷，東為斷層發(fā)育帶，上部為9#煤29211工作面采空區(qū)。21113工作面在9#煤層采空區(qū)下，層間距平均4.8m，埋深平均190m。工作面采用傾斜長(zhǎng)壁后退式綜合機(jī)械化采煤法，設(shè)計(jì)采高3.3m，開采石炭系上統(tǒng)太原組11#煤層，屬自燃煤層，自燃發(fā)火等級(jí)Ⅱ級(jí)，發(fā)火期3～6個(gè)月。煤厚平均3.7m，頂板為砂質(zhì)泥巖。

2 CO異常升高過程及原因分析

（1）工作面有害氣體情況。

1月27日早班工作面老頂初次垮落，監(jiān)測(cè)到機(jī)頭回風(fēng)隅角CO濃度270ppm，主運(yùn)巷回風(fēng)流CO濃度40ppm，面內(nèi)CO濃度241ppm。1月27日至2月4日，工作面CO濃度不斷升高，回風(fēng)隅角CO濃度最高524ppm，平均369.7ppm；回風(fēng)流CO濃度最高91ppm，平均67.5ppm。

（2）CO濃度異常升高原因分析。

a.CO濃度異常升高發(fā)生在工作面頂板初次垮落之后，考慮到9#煤采空區(qū)下3.9～4.8m的薄層間距，頂板垮落后極易和9#煤層采空區(qū)溝通。由此可知，CO來自上部9#煤層采空區(qū)。

b.工作面采用U型負(fù)壓通風(fēng)，頂板初次垮落后形成“泄壓”作用，導(dǎo)致上部煤層采空區(qū)有害氣體下泄，有害氣體極易聚積在回風(fēng)隅角。

c.井田內(nèi)存在9煤廢棄小窯，小窯房式開采時(shí)遺煤較多，煤層埋深淺且為自燃煤層，在地表漏風(fēng)作用下，小窯采空區(qū)出現(xiàn)不同程度的煤層自燃。另外，上覆29211工作面巷道掘進(jìn)時(shí)曾揭露過小窯巷道，小窯火區(qū)的高濃度CO氣體串入29211采空區(qū)。21113工作面頂板初次垮落后形成漏風(fēng)通道，9煤采空區(qū)高濃度CO氣體涌入21113工作面采空區(qū)，造成氣體超限。

3 CO異常升高治理方案

（1）停止回采。

1月27日起停止回采21113工作面，適當(dāng)加快21109工作面回采，待21109工作面安全回撤后再進(jìn)行21113工作面啟封回采工作。

（2）工作面封閉注氮。

注氮封閉：

a.在距工作面50m處主、輔運(yùn)巷分別設(shè)置板閉，用快速密閉材料噴涂，確保密閉墻不漏風(fēng)。

b.工作面輔運(yùn)、主運(yùn)巷要同時(shí)構(gòu)筑板墻，首先封閉主運(yùn)巷，再封閉輔運(yùn)巷；封閉期間，兩巷道的局部通風(fēng)機(jī)開啟，確保施工人員安全。

c.封閉結(jié)束后，密閉墻前20m巷道頂幫圍巖噴漿，防止圍巖裂隙作為有害氣體外泄通道。

d.加強(qiáng)封閉期間有害氣體檢查，每周利用束管抽取氣樣化驗(yàn)分析工作面隅角、板墻外的氣體變化情況，必要時(shí)每天化驗(yàn)分析氣體情況。

e.封閉注氮期間，加強(qiáng)相鄰21109工作面氣體監(jiān)測(cè)及密閉墻、巷道漏風(fēng)及有毒有害氣體檢測(cè)，預(yù)防有害氣體擴(kuò)散進(jìn)入相鄰工作面采空區(qū)。

f.封閉注氮期間，做好工作面兩順槽頂板巡查，防止壓力過大壓壞密閉墻，一旦發(fā)現(xiàn)密閉墻損壞漏風(fēng)時(shí)，及時(shí)退回5m補(bǔ)打密閉墻。

（3）工作面啟封和排氮。

啟封地點(diǎn)：主、輔運(yùn)巷距工作面煤壁50m的兩處密閉；排放流經(jīng)線路：21113工作面→21113主運(yùn)順槽→9煤回風(fēng)大巷→回風(fēng)井。

a.啟封前一天，停止向工作面采空區(qū)注氮，確保各種儀器、儀表能夠正常使用，同時(shí)準(zhǔn)備好再次封閉工作面的應(yīng)急封閉材料。

b.鎖風(fēng)探查：在密閉墻的左上角拆除兩塊木板，形成一個(gè)不大于0.5m2的孔洞，檢查密閉墻內(nèi)有害氣體濃度、溫度、壓差等參數(shù)，觀察是否有異常現(xiàn)象。無異常時(shí)，先使風(fēng)筒偏離孔洞，然后逐漸靠近，確保慢慢供風(fēng)，嚴(yán)禁“一風(fēng)吹”。

c.啟封排氮：?jiǎn)⒎庵鳌⑤o運(yùn)順槽內(nèi)的密閉墻同時(shí)進(jìn)行，當(dāng)工作面進(jìn)、回風(fēng)流區(qū)域CO濃度小于24ppm、O2濃度大于18%、瓦斯?jié)舛刃∮?%、CO2濃度小于1.5%時(shí)，由小口通風(fēng)逐漸擴(kuò)大開口直至進(jìn)、回風(fēng)巷板閉全部拆除。

（4）均壓通風(fēng)防系統(tǒng)。構(gòu)筑均壓通風(fēng)系統(tǒng)：

①輔運(yùn)巷安設(shè)4臺(tái)2*37KW風(fēng)機(jī)（2運(yùn)、2備），具備“雙風(fēng)機(jī)、雙電源、自動(dòng)切換”功能。

②輔運(yùn)巷構(gòu)筑三道4.0×3m均壓風(fēng)門，風(fēng)門間距為15m。

③主運(yùn)巷構(gòu)筑三道均壓調(diào)節(jié)風(fēng)窗（預(yù)留風(fēng)門）、間距6m，調(diào)節(jié)風(fēng)窗與皮帶處設(shè)置擋風(fēng)簾。

④主運(yùn)巷調(diào)節(jié)風(fēng)窗（最外部）側(cè)安裝水柱計(jì)，建立測(cè)壓系統(tǒng)，隨時(shí)觀測(cè)、掌握壓力情況。

均壓通風(fēng)相關(guān)參數(shù)：

①工作面需風(fēng)量：維持原設(shè)計(jì)風(fēng)量不變，即Q=1165m3/min；

②單臺(tái)風(fēng)機(jī)吸風(fēng)量Q吸=280800m3/min，兩臺(tái)風(fēng)機(jī)的風(fēng)量為5601600m3/min。

③工作面供風(fēng)量：

Q吸=1600m3/min>1165m3/min，符合要求。

④風(fēng)機(jī)選型：根據(jù)風(fēng)量和工作風(fēng)壓，選擇4臺(tái)（2用2備）FBDNo7.1/2×37型智能變頻式局部通風(fēng)機(jī)即可滿足工作面供風(fēng)要求，風(fēng)機(jī)參數(shù)見下表。

風(fēng)機(jī)技術(shù)特征表

型號(hào)功率（kW）電壓（V）全風(fēng)壓（Pa）全風(fēng)量（m3/min）

FBDNo7.1/2×372×376608906630398785

（5）封閉注氮治理效果。

2月6日至3月15日監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)：主運(yùn)巷密閉墻內(nèi)CO濃度由1284ppm下降至10ppm；輔運(yùn)巷密閉墻內(nèi)CO濃度由1030ppm下降至3ppm。工作面封閉區(qū)域CO濃度顯著下降，注氮效果良好，有效的抑制了上層采空區(qū)有害氣體下泄。

4 結(jié)語

受小窯采空區(qū)遺煤自燃影響，井工二礦在9#煤層采空區(qū)下開采21113工作面過程中面臨CO濃度異常升高的安全威脅，通過采用工作面封閉注氮、建立均壓通風(fēng)系統(tǒng)等綜合防治措施，能夠有效的抑制上層采空區(qū)有害氣體下泄，為工作面安全開采提供保障。另外，和采用探測(cè)火源位置、注漿隔離CO源的治理方案相比，節(jié)約近千萬元開采成本。

作者簡(jiǎn)介：牛晉斌（1986），男，山西晉城人，助工，現(xiàn)在門克慶煤礦綜采隊(duì)工作。