综采工作面回风隅角低氧原因分析及防治探究

李小飞

摘要：本文针对神东煤炭集团锦界煤矿31212综采工作面作为研究对象，结合实际情况，对造成低氧的原因进行分析，研究该地域综采工作面回风隅角低氧问题，并针对常见问题提出相关的“采空区封堵漏风”、“提高密闭质量”、加强监测监控等综合防治建议，以确保综采工作面回风隅角氧气浓度达到规定要求。

关键词：综采工作面 回风隅角低氧 防治建议

综采工作面在回采过程中形成的采空区内会积聚多种有毒有害气体，如二氧化氮、一氧化碳、氮气、甲烷、硫化氢等，给整个综采工作面的“一通三防”管理工作带来潜在的安全隐患。同时，在回采过程中采空区内的有毒有害气体会涌出到综采工作面及回风隅角，短时间内呈现出不均衡态势，就会导致综采工作面机尾及回风隅角出现低氧现象。在此情况下，如果开采人员长期处于低氧状态，体能迅速下降，身体就会出现不良反应，甚至缺氧窒息，严重威胁作业人员生命安全。

一、工作面分析

神东煤炭集团锦界煤矿31212综采工作面采用综合机械化后退式开采方式，全工作面设置189台液压支架，采用“一次采全高”“全部垮落法”来管理板顶。设计工作面的风量为1239m3/min。工作面沙层厚度6.17-47.47m，切眼和回撤通道附近较厚，厚度40m左右，工作面中部变薄，厚度10m左右。土层厚约0-31m，切眼和回撤通道区域部分地段土层缺失，总体趋势为4l-58联巷较厚，大致为20m左右，其余地段均较薄，一般10m左右。直罗组风化基岩厚度10-50m，工作面中部最厚约50m，其余地段多数在30-40m，切眼最薄约10m左右，整体厚度较大。正常基岩厚度一般30m左右，回撤通道至25联巷附近正常基岩厚度3Sm左右。煤层厚度较稳定，平均厚3.16m。地层倾向北西，倾角1°左右，整体呈宽缓的单斜构造，局部出现波状起伏。巷道底板最高处位于31212运顺16联巷附近（1109.13m），最低处位于31212回顺切眼附近（1088.27m），总体东高西低，南高北低。工作面整体为正坡推进，局部负坡。工作面局部发育小型冲刷，无断裂构造和岩浆岩体，总体构造简单。

二、低氧区域以及导致低氧的气体涌出来源

（一）低氧区域

综采工作面回采过程中，常出现低氧区域有以下3种情况。

1.工作面低氧

由于工作面在回采过程中还会受到采煤工艺、岩层岩性、煤矿质量等影响，在工作面划分线外区域也会存在大量遗留煤炭，随着堆积累计，煤炭会存在较大吸氧量。在采空区内部蓄热环境较好的条件下也会发生低温氧化，无法避免遗留煤炭吸附和吸收氧气，因此会造成采空区压力上升，造成低氧环境。

2.回风隅角低氧

在综采工作面中，回风隅角低氧现象和甲烷积聚情形相似，但是在实际空间排列和位置上出现很大差异。由于甲烷密度小于空气密闭，甲烷一般在回风隅角靠近顶板的区域浓度较高，且在中下部甲烷浓度为正常值。而氧气密度与空气密度基本一致，在空间上分布较均匀，综采工作面回风隅角低氧状态较为均衡，从整个顶板到底板范围内的氧气浓度都处于低浓度范围。

3.机尾低氧

当采煤机回采机尾三角煤时，因采煤机造成机尾处通风断面减小，引起机尾处风压过大，将机尾支架后采空区内有毒有害气体抽出，稀释了机尾氧气浓度，造成机尾氧气浓度降低。此情况形成的低氧区域带一般为4m-10m。当机尾出现低氧现象时，回风隅角一般也会出现低氧，其他区域氧气浓度基本维持在18.0%以上。

锦界煤矿31212综采工作面一般存在回风隅角低氧现象，偶尔出现机尾低氧问题。

（二）导致低氧的气体涌出来源分析

根据该地域的煤矿生产地质情况可知，锦界煤矿甲烷含量较低，瓦斯成分中含有大量氮气，其中夹杂部分二氧化碳，整体属于二氧化碳和氮气结合体。在回采过程中，氮气成为综采工作面回风隅角低氧的主要原因，影响着整个区域的氧气浓度。

由于采煤工艺以及相关顶底板岩层特性、煤矿等多因素影响，采空区内部遗留的煤会吸附和消耗氧气，促使内部采空区的压力上升，形成大量的有害气体涌向工作面回风隅角，造成低氧环境，威胁作业人员生命安全。

三、工作面回风隅角低氧现象分析

（一）裂缝漏气

锦界煤矿31煤煤层为浅埋深煤层，且远近距离都被煤矿层群覆盖，在工作面回采过程中，煤岩层会发生垮落下沉现象，形成采动裂隙。此时，存在部分裂隙发育并延伸到地表，为气体流通制造了通道。由于地表的裂缝和煤层的工作面采空区直接相连，容易出现采空区漏风现象。若此时没有及时回填地表裂隙，在“压强”环境作用下，地面空气会大量涌入采空区，造成过大压力，此时采空区内的有毒有害气体涌向工作面回风隅角，直接导致工作面回风隅角出现低氧现象。

（二）顶板影响

在掘进巷道时，对巷道顶板采用的是“锚杆+锚索”的支护方式，整體的支护强度较高。再加上机尾煤柱的支撑，形成采空区后，采空区内的三角区顶板较为完善且稳定，不能及时垮落，导致整个采空区的悬顶面积较大，形成较大空间而积聚大量有毒有害气体。当涌向工作面回风隅角时，对氧气起到稀释作用，从而导致氧气浓度达不到规定要求。

（三）临近采空区影响

由于综采工作面邻近采空区的联巷密闭数量较多，且联巷密闭都是以砖和混凝土材料为主，受采动影响和矿压作用下，被压裂或者出现垮塌现象。邻近采空区内的有毒有害气体在通风负压的作用下涌出到工作面回风隅角，造成综采工作面回风隅角氧气浓度低于18.0%。

四、相关防治建议

（一）优化掘进工艺

在巷道掘进过程中，将联巷间距进行调整，让其由50m调整为70m，通过改进巷道掘进工艺，每个顺槽少掘进联巷24个，减少密闭施工24处，消除了24个漏风地点，该方式能够有效降低与采空区相连联巷漏风现象。同时，在采煤机割煤时候采取沿顶接底的割煤方式，以提升回采率。

（二）做好采空区密闭质量管理

由于原采空区封闭材料为“0.37m砖墙+1m混凝土”的封闭模式，存在气体渗漏现象，现改造与采空区相连联巷密闭封闭模式，使用“0.5m砖墙+1m混凝土+1m黄土+0.75砖墙+高分子”材料。并加强整个与采空区相连的密闭面喷浆处理，要求喷浆厚度不少于5cm，以此增加采空区相连密闭质量。通过改建分析可知，这种封闭模式能增强整个采空区相连密闭厚度和密闭质量，减少了临近采空区漏风，工作面回风隅角氧气浓度有明显改善。

（三）在工作面回风隅角放置沙袋

若综采工作面回风隅角采空区悬顶超过切顶线6m，此时需要在工作面回风隅角处垛沙袋，以填堵相关采空区漏风。若锚索之间存在无法退锚的点，就需要在锚索周围进行“掏槽”处理，这样能够释放锚索应力，有利于让顶板及时垮落。

（四）在回风隅角处吊挂风帘

随着工作面的不断推进，作业人员可在回风隅角处吊挂挡风帘，这种方式能够减少采空区的漏风量，也能在相应的位置实行增阻措施。在机尾过渡架处吊挂导风帘，从而引导新鲜风流从回风隅角经过，起到稀释有毒有害气体的作用。挡风帘、导风帘的正确应用，能够有效的提高回风隅角的氧气浓度。

（五）要及时回填采空区裂隙

在工作面回采过程中，很容易导致地表与采空区连通。因为覆岩垮落破断形成的采动裂隙会直达地表，此时受到气压影响，导致采空区内有毒有害气体涌出。按照规定回填进度不能滞后工作面100m，且已经回填的地表还可能会受到重复采动、水冲刷等影响，易诱发二次坍塌，定期对采空区地面塌陷情况进行检查，发现新生裂缝或其他问题时，进行二次回填工作，减少采空区漏风。

（六）加强监測分析

针对回风隅角、工作面风流以及回风巷等氧气浓度控制，通风管理人员要加强对回风隅角周边检测。在综采工作面回风隅角安置“便携式氧气报警仪”、“氧气传感器”。同时在工作面回风隅角前设置警示牌，以提醒工作面人员严禁入内和减少停留。

每月对综采工作面回风隅角气体变化情况进行统计分析，确定回风隅角氧气浓度变低与地面温度、湿度和气压变化的关系，及时采取相对应的措施。

通过采取以上方式，有效对工作面机尾、过渡支架处、工作面回风隅角等特殊区域进行了氧气浓度控制，氧气浓度都能提升在18.0%以上，这为安全回采奠定了基础，提供了保障。

五、综合评估分析

导致锦界煤矿31212综采工作面低氧主要原因是由于采空区气体涌出，出现低氧现象。次而，采空区内部遗留的大量煤炭对氧气吸收氧化，也会形成高氮低氧环境。

1.根据地面观测大气压、温度等参数，可知地表和工作面之间的裂隙受大气压变化影响，进而影响整个回风隅角的氧气浓度，需要及时回填采空区裂隙。

2.由于工作面邻近采空区的联巷密闭漏风，采空区有毒有害气体会通过联巷密闭裂缝涌向回风隅角，同时巷道顶板退锚反应不及时，造成采空区悬空面积较大进而影响氧气浓度。

3.在回采过程中，沿顶沿地，减少相关遗留煤炭，在工作面回风隅角垛沙袋墙处理，并在进回风隅角处吊挂挡风帘，提高采空区相连联巷密闭的施工质量，进而减少采空区气体向工作面回风隅角涌出。

4.加强对整个监测体系的监督和防治，依据监测数据及时采取相对应的措施，确保工作面回风隅角氧气浓度在正常范围之内，为安全生产提供保障。

六、结语

综上所述，影响综采工作面回风隅角氧气浓度因素较多。而低氧环境，严重威胁着采煤工作人员的生命安全。以此，结合相关经验，对综采工作面回风隅角低氧原因、影响因素进行分析，并提出了相关防治建议，希望能够为煤矿企业安全生产提供参考借鉴。