均压通风技术防治综放工作面CO浓度超限研究

张九零，朱 壮，范酒源，刘春雨，张瑞江

(1.华北理工大学矿业工程学院，河北 唐山 063210；2.河北省矿山开发与安全技术重点实验室，河北 唐山 063210;3.开滦(集团)有限责任公司，河北 唐山 063009)

采空区自燃是煤矿最常见灾害事故之一，因此其预防和治理工作也是煤矿企业的重要工作内容[1-2]。由于均压防灭火技术[3]具有原理简单、不需要查明火源的具体位置、对工作人员无害、不影响生产的正常进行等优点[4]，因此为治理煤矿采空区自燃提供了一条科学途径[5]，其技术被广泛应用于煤矿自然发火的防治上[6]。

串草圪旦煤矿6煤层6106综放工作面[7]，在回采工程中由于开采深度较浅，开采过程中易产生地面裂隙导通采空区，形成采空区漏风，致使采空区遗煤氧化，造成回采工作面CO涌出异常。根据现场实际情况，本文研究采取均压通风技术防治6106综放工作面CO异常涌出现象。

1 工程概况

串草圪旦煤矿6106综放工作面走向长度763 m，倾斜长度为127 m，工作面煤层平均厚度12.7 m，煤层倾角平均5°[7]。随着开采不断推进，在89个工作日时，开始发现工作面CO浓度异常，50～55组液压支架后立柱CO浓度有时可达到40 ppm，并且工作面CO浓度出现缓慢上升趋势。

2 均压灭火技术应用

2.1 6106工作面均压灭火方案的确定

针对6106综放工作面CO异常涌出情况，对该区域采空区的自燃危险性进行了系统全面的分析，为了确保采煤工作面能够安全回采、安全回撤，经综合考虑后提出工作面均压灭火方案[8]。该方案既可以避免工作面受到后部采空区存在的高温区或CO气体的影响，又能保证采空区在内外压力基本均衡情况下，漏风量尽可能减小，不会因工作面漏风过大，而引起采空区其他地点发生自燃灾害[9]。

2.2 均压通风技术方案确定

2.2.1 均压通风技术方案

在6106集中主运巷120 m处构建三道调节风门，其风门间距不小于5 m，其中两道风门配置闭锁装置，实现可控均压系统。U型压差计在最外一扇风门外安设。在6煤层主、辅运大巷联络巷里安设三台增压局扇，沿集中主运巷接导风筒穿过调节风门，然后开启增压局扇，关闭风门。使用3台增压局扇同时向主运巷供风(2台2×55 kW和1台2×15 kW为备用风机)，并且保证风量、风压稳定。

在6106辅运巷距边眼100 m以里构建三道调节风门，风门安装间距不小于5 m，闭锁装置安设在其中两道风门，实现可控均压系统。在最外一扇风门外配置U型压差计。根据矿井主扇负压为750 Pa的实际情况，初步确定压差计初始正压控制在250～400 Pa，辅运初始风量控制在400～900 m3/min，根据均压系统形成后CO涌出的实际情况进行合理调整。将风门过风风量调节到600～660 m3/min为理想值。

随着增压局扇持续不断的向工作面供风，增加工作面风压，根据现场测定进回风的风量，采取调节6106辅运巷调节风门的方法，到达进回风风压基本平衡，达到均压状态，克服CO涌出和地表漏风[10]，压差控制在310～330 Pa，漏风量控制在24 m3/min左右。均压通风系统如图1所示。

控制效果：通过采取均压通风措施，工作面CO得到了有效管控，工作面上隅角的CO浓度为2 ppm，设施列车、回风流CO浓度均为0 ppm，具备了恢复生产的基本条件。

2.2.2 生产期间工作面均压通风系统调整

考虑到工作面辅运巷设备列车、材料、备件运输以及行人的需要，将6106辅运巷的三道调节风门拆除，利用6106集中辅运巷外口的调节风窗，实现6106工作面均压通风系统。

工作面仍采取均压通风的方法，在保持工作面辅运巷三道调节风门不变的情况下，提前在6106工作面集中辅运巷回风口原有调节风窗的基础上增设二道调节风门，以此代替辅运巷设置的三道调节风门，作为均压通风增阻设施。

在6106集中回风巷加阻，将调节风窗和调节风门的过风断面调到略小于辅运巷三道调节风门的过风断面，而后根据现场测定进回风的风量，调整回风口处调节风门和调节门窗过风断面，工作面进风量调节到600～720 m3/min，压差控制在460 Pa左右，控制采空区漏风量在60 m3/min以下，且稳定后；调整工作面辅运巷调节风门风压，逐渐减阻，最后将辅运巷三道调节风门拆除。

在调节风窗外侧安设U型风压计，将辅运巷调节窗两端的压差控制在440～480 Pa，监测均压通风系统的压力情况。通风系统如图2所示。

治理效果：工作面上隅角的CO浓度为18 ppm，设施列车的CO浓度为10 ppm，回风流CO浓度为8 ppm，确保了工作面的安全生产。

图1 6106工作面均压通风系统示意图Fig.1 Schematic diagram of 6106 working face pressure equalization ventilation system

图2 6106工作面均压通风系统示意图Fig.2 Schematic diagram of 6106 working face pressure equalization ventilation system

3 应用效果分析

6106工作面走向长度763 m，倾斜长度127 m，在总长度为127 m的工作面上共60根液压支架。为了实时有效检测工作面CO浓度的变化，在6106工作面选取了具有代表性的CO浓度监测点，其分别为上出口、上隅角、下隅角、20#支架、40#支架、60#支架(其间隔约为40 m)，并在发现CO后两天开始，对综放工作面CO进行了为时7天的初期重点监测。检测初期，各个监测点CO浓度都非常高。第三天建立了均压通风系统后，工作面上隅角CO浓度大致为0，工作面开始重新生产。但伴随着6106工作面推采，工作面上隅角开始出现CO。经过数日细致的跟踪观测，受气压影响CO浓度白天低夜晚高，回风巷的CO浓度大致维持在10 ppm以下，其他地点都在24 ppm以下。同时，6106工作面地表的CO浓度明显下降。

3.1 上出口、上下隅角效果分析

上出口CO浓度变化曲线如图3所示。在监测初期CO不断累积，含量不断升高，两天内浓度一度达到最高值400 ppm，随后逐步平稳，最后降低至0 ppm。局部均压通风技术措施在监测第三天实施，而后CO浓度得到明显改善，到第四天浓度开始稳定在10～25 ppm，第六天降为0 ppm，之后虽有极小波动但很快又变为0 ppm，上出口处CO得到了及时有效的控制。

图3 上出口CO浓度变化图Fig.3 Upper exit CO concentration change chart

上隅角、下隅角CO浓度变化如图4所示。上隅角在监测初期CO浓度最开始基本维持在0～200 ppm之间，但随时间推移CO浓度开始急速回升，晚上达到峰值1 700 ppm，之后又开始下降，最后下降为0，基本保持不变。均压通风技术措施在第三天实施后，CO浓度出现了短时间急剧上升，可能与煤层吸附突然释放有关，但随着通风措施开始发挥作用，上隅角的CO浓度逐步趋于稳定，最终变为0 ppm，只有在第五天凌晨两点和第六天有略微上升，上隅角的CO浓度得到了有效控制；下隅角在监测初期CO浓度开始时为800 ppm，之后又有较大下降，翌日CO浓度到达最高值1 000 ppm，随后逐渐降低，最终平稳至0 ppm，没有再出现异常。均压通风技术措施在第三天建立后，CO浓度随即明显下降，其涌出量浓度控制在安全范围之内，使险情得到有效管控。

3.2 工作面均压通风效果分析

工作面各支架处CO浓度变化如图5所示。工作面三处支架监测点在监测初期，CO浓度变化趋势大致相同，两天内都有不断积累增加的趋势，可能是因为地表裂隙渗出，采煤工作面吸附释放所致，其中20#支架、60#支架处CO浓度一度达到70 ppm，后20#支架、60#支架处下降趋势明显，而40#支架处先升高一度达到42 ppm再下降，次日三处监测点CO浓度均为0 ppm。随后60#支架突然升高至27 ppm，经过一段时间下降为0 ppm，之后与其他两处保持不变。均压通风技术措施在第三天实施后，根据各支架处监测点的信息反馈，其工作面CO浓度得到了有效治理。其中工作面风压控制在430～460 Pa之间，工作面漏风控制在48 m3/min左右，效果最为优越，回风流浓度也将至为0 ppm，确保了安全开采。

图4 下隅角、下隅角CO浓度变化图Fig.4 Change of CO concentration in lower corner and lower corner

图5 各支架处CO变化趋势图Fig.5 CO change trend diagram of each bracket

通过后期持续跟踪监测，根据反馈的数据分析结果表明，6106工作面在应用均压通风管理时期，最终将采空区CO涌出量控制在24 ppm以下，达到了预期治理效果，确保了工作面安全的开采条件。

4 结 论

1) 6106工作面在应用均压通风管理时期，采空区漏风量控制在1 m3/s以下，最终将采空区CO涌出量控制在24 ppm以下，效果显著。

2) 工作面在回采期间，在确保均压通风系统平稳、安全的前提下，风压稳定在430～480 Pa之间，保证了工作面安全生产开采，达到了治理效果。