单长剑,孔令春,张 峰
(枣庄矿业集团高庄煤业有限公司,山东 济宁 277605)
随着我国矿井采掘范围的不断延伸,井巷布置越来越复杂,在地质条件、煤炭回采率、开拓系统等多种因素的影响下会出现越来越多的过废旧老巷的现象。由于老巷长期处于密闭状态,煤体释放的瓦斯、硫化氢、木料腐烂变质产生的NH3、煤体自燃产生的CO等高浓度高压有毒有害气体会集聚在老巷内,无计划揭露老巷时,老巷区域内积聚的高浓度高压有毒有害气体会瞬间涌向已掘巷道,稀释空气造成人员窒息[1]。所以,如何做好老巷内气体的管控,成为保障煤矿井下下生产和作业人员安全的关键。目前,通常采用超前打钻探测配合延接风筒的方法排放老巷内的气体,高庄煤业有限公司1112运输巷在揭露老巷时,提前采取增阻增压的方法,增大迎头处风压,保证揭露时处于进风状态,避免了老巷内有毒有害气体的外溢,实现了气体的本质安全。
高庄煤业有限公司位于山东省济宁市微山县境内,东临京沪铁路,京福高速公路和104国道,分别有铁路专用线和公路与之贯通;京杭大运河从井田内穿过,水陆交通十分便利,矿井井田面积32 km2,地质储量为2.8亿吨,可采储量1.3亿吨,储量丰富,构造简单,采区主要处于微山湖水下,主采煤层为山西组3上、3下煤层。该公司为低瓦斯矿井,根据2016年煤矿瓦斯等级结果,矿井绝对瓦斯涌出量为3.40m3/min,相对瓦斯涌出量为0.53 m3/t;矿井绝对CO2涌出量为4.91m3/min,相对CO2涌出量为0.76 m3/t。
1112运输巷位于西十一采区,东部为西十一采区四条下山、-600 m水平车场和二线船闸保护煤柱;南部为1110工作面 ,目前已回采完毕;西部为井田边界煤柱;北部为西十三采区,尚未进行工作面开采;工作面标高-640.7 m~-604.0 m。1112运输巷所处地层为二叠系山西组3上煤层,煤层厚度4.4~7.0m,平均5.4m,距3下煤层间距为4.11~9.3 m,平均5.6 m。工作面总体为一单斜构造,走向219°,倾向309°。煤层瓦斯绝对涌出量为0.3m3/min,煤层自然发火期为54 d,煤尘爆炸指数为41.34%,工作面处于正常地温,温度一般在26℃左右。
当空气流经采场内部巷道时,与其相邻的采空区内的气体也会产生相应的流动,这种流动对采空区自然发火和采空区瓦斯浓度分布有重要影响。正因如此,采场调风是矿井通风管理的一项重要而又频繁的工作[2]。其中,增阻调节法是指当采空区发生自燃时,为了减少采空区漏风,用增阻法抑制采空区自燃的采场调风方法。同理,在掘进作业需要揭露老巷时,为防止揭露巷道内的有毒有害气体直接排到工作面威胁作业人员的安全,可采用增阻技术,在贯通点的前方提前构筑增阻设施,控制工作面的回风,从而提高贯通点处的压力,使增阻设施前后形成压力差。在进行巷道揭露时,使揭露点的压力小于工作面迎头的风压,防止有害气体的外溢。
(1)提前构筑增阻设施
根据现场实际情况,在贯通前距1112运输巷与1110材料巷贯通点50m左右位置分别构筑增阻设施2道,见图1。增阻设施建在巷道平整,断面小,顶板、两帮支护良好的位置,增阻设施要打两道,间距5 m左右,采用鱼鳞搭接,勾缝处理,在增阻设施的两面用废旧风带吊挂严实,减少漏风。在增阻设施上留好风门的的位置,方便行人行车。
(2)提高贯通地点压力
将安装在车场的FBDYNo6.0/2×15局部通风机双电机同时开启,增大1112运输巷风量和风压,调整西十一五部回风联络巷调节风窗,减少1112运输巷回风。测定增阻设施两侧的压力,保证工作面内的压力明显大于增阻设施外侧的压力,1112运输巷增阻设施两侧压力对比如表1所示。
图1 1112运输巷与1110材料巷贯通
表1 1112运输巷增阻设施两侧压力对比
(3)具体实施办法
在贯通前,通过探孔观察1110材料巷压力,确保探孔处于进风状态。若出风,则关闭1112运输巷内增阻设施风门,使贯通点的压力小于工作面迎头的风压,处于正压状态。贯通时具体做法如下:
①在距揭露老巷前10m时,由钻机队在1112运输巷施工钻孔,确定老巷具体位置,通防科安排专职瓦检员跟班,对钻孔内的气体情况进行检测,钻孔由钻机队负责封闭。
②1112运输巷距老巷5m时,必须严格坚持“先探后掘”的原则,探1.8m掘进1 m,且每次施工前使用1.8 m钎子,在巷道掘进方向施工超前探眼1个,探眼距离应始终保持0.8 m,打完探眼后,由瓦斯检查员进行检查孔内气体,检查完毕后及时用炮泥封实,探眼内气体情况及时向通防科值班人员汇报。
③贯通前2m时,现场必须有2名救护队员负责跟班监护、检查气体,并在贯通地点悬挂“三用仪”或“四合仪”,1名通风专业人员负责对西十一区域通风系统及1112运输巷局部通风机运行情况巡查,防止发生循环风现象。
④掘进至贯通点前1 m时,施工单位打钻孔探明1112运输巷与老巷位置关系,瓦斯检查员利用探孔放设束管,束管长度不低于2 m,用炮泥或锚固剂进行封堵,20 min后检查老巷气体情况,当CH4浓度不超过1%或CO2浓度不超过1.5%、O2浓度大于18%时,方可进行施工,并在全风压混合处悬挂四合仪(O2、CO、H2S、CH4),由救护队员负责监测该处气体情况。
⑤施工单位在气体浓度均符合上述规定后,使用风镐揭露老巷施工直径0.3 m的孔洞,由现场跟班救护队员负责检查贯通点气体浓度及1112运输巷回风流中气体浓度,当老巷及1112运输巷全风压混合处CH4浓度不超过1%或CO2浓度不超过1.5%、O2浓度大于18%时,风筒工负责将风筒延接至贯通地点,救护队员检查老巷内气体情况,气体浓度不超过上述规定后,方可允许继续扩大贯通地点巷道断面。
(4)注意事项
①增阻时,一定要确保通风系统稳定,严禁阻力忽大忽小,否则不仅达不到增阻目的,反而有可能导致有害气体大量涌出,甚至引起自然发火。
②在贯通前、后加强局部通风机管理,安排专职电工看管局部通风机,防止出现局部通风机停止运转现象。
③加强对西十一区域及1112运输巷回风的风量测定,保证贯通地点不停风、风筒完好不跑风、不漏风,风筒口距施工地点不大于3 m,确保通风系统稳定,风量满足生产需求。
④贯通期间派专人管理1112运输巷的增阻设施,确保风门处于关闭状态,皮带架和线缆管路处不漏风。
通过对1112运输巷贯通前后老巷内气体成分的测量,1112运输巷贯通前后老巷内气体对比如表2所示,可以看出,在气体排放前,老巷内氧气较低,影响工作面的正常生产和作业人员的安全。气体排放完成之后,老巷内氧气浓度达到20%以上,有害气体的浓度得到了控制,取得了明显的效果,保证了1112运输巷向前掘进时的气体安全。
表2 3上1112运输巷贯通前后老巷内气体对比
增阻技术的应用增大了掘进工作面迎头处风压,在揭露老巷时消除了原1110材料巷老巷中有毒有害气体的溢出,通过延接风筒排放气体,使老巷内的氧气浓度由4.3%增加至20.9%,实现了过老巷期间气体的本质安全,为矿井的正常生产创造了效益。