均压通风在大峪煤业107综采工作面的应用

杨艳伟

(山西晋煤集团大峪煤业有限公司，山西 晋城 048400)

0 引言

煤矿采用均压通风是控制井下风流的一种通风管理技术，合理地利用均压通风技术，在综采工作面防灭火和瓦斯治理过程中起到重要作用[1-3]。均压通风技术是通过在矿井局部通风系统中调节巷道内风压压差，将相邻巷道之间的风压差值控制在一定范围内，有效控制工作面以及巷道间的空气流动情况，保证工作面不漏风，采空区内因缺氧导致遗煤无法自燃，抑制煤层自燃，防止CO涌入工作面，保证工作面正常生产[4-7]。大峪煤业有限公司的生产能力为30万t/a，瓦斯等级为低瓦斯矿井，现开采15号煤层，煤尘具有爆炸性、煤层自燃倾向性等级为Ⅱ类，属自燃煤层，煤层自然发火期为89 d。矿井通风系统简单，采用中央并列式通风，主副斜井为进风，回风立井为回风。矿井采用以黄泥灌浆为主，喷洒阻化剂为辅的防灭火措施，采用束管监测和人工检测为煤层自燃预测预报系统。在综采工作面日常生产过程中，由于采空区遗煤较多，漏风较大，采空区氧化导致遗煤自燃[8-10]，从而导致107综采工作面上隅角CO含量超限。

1 107综采工作面概况

107综采工作面开采15号煤层，位于一水平一采区，南邻回风大巷，西为村庄下保护煤柱，北为未开采煤层，东部为107工作面运输巷。107综采工作面煤层最大厚度为4.2 m，最小厚度为3.8 m，平均厚度为4.0 m。含1～3层夹矸，平均厚度0.5 m。煤层倾角为2°～8°，平均为4°。煤层结构简单，工作面范围内总体南侧煤厚相对较厚，北侧较薄。大峪煤业15号煤层为稳定型，全区稳定可采，煤层位于太原组下部K2灰岩之下，普氏硬度系数0.5～1.4，对回采无影响。15号煤层为贫煤，外观呈黑色，条痕为黑色，金刚光泽，条带状结构，参差状、阶梯状断口，裂隙较为发育，常见黄铁矿充填，煤层视密度为1.46 t/m3。煤层顶板为K2灰岩，该岩层连续性好，岩石坚硬，不易垮落。煤层底板为灰黑色泥岩、粉砂岩，厚度3.20～5.80 m，平均4.5 m，属软质岩，较易管理，107综采工作面顶底板情况，见表1。107综采工作面走向长度550 m，倾斜长度130 m，可采储量为321 076 t，预计可采期为11个月。工作面采用倾向长壁一次采全高后退式综合机械化采煤法，全部垮落法管理顶板。工作面采用两巷布置，“一进一回”U型通风方式，其中107胶带顺槽为进风巷，107辅运顺槽为回风巷，两顺槽均为矩形巷道，采用锚网索支护。

表1 107综采工作面顶底板情况Table 1 Roof and floor conditions of No.107 fully mechanized working face

2020年3月5日107综采工作面在生产期间，上隅角CO异常涌出监测监控系统显示数据最大值为0.003 0%。经现场人员检测确定107综采工作面上隅角处确实存在CO气体并有持续涌出现象。经分析初步判断发火原因是采空漏风较多导致遗煤发生煤层自燃，从而采空区漏风加快了采空区内遗煤氧化，导致综采工作面正常回采过程中上隅角CO涌出异常，造成CO超限事故，给工作面回采带来了不安全因素。

2 均压通风的现场应用

2.1 均压通风系统布置

107综采工作面采用“一进一回”U型通风方式，在107进风巷构筑调节设施来调配工作面的进风量。工作面应配备风量为1 034 m3/min，实际配风量为1 615 m3/min。107综采工作面实行均压通风一方面是为了防止采空区和煤层中的CO涌入工作面，更主要的是通过均压通风技术控制工作面采空区的漏风，从而降低进回风巷的风压压差。

2.2 均压通风效果分析

107综采面在采用均压通风技术前，进风量为1 615 m3/min，107回风量为1 642 m3/min；采用均压通风技术后107进风风量为1 184 m3/min，107回风风量为1 202 m3/min，均压后的通风系统，如图1所示。107综采工作面在采用均压通风技术前进风风压为274 Pa，107回风风压为313 Pa；采用均压通风技术后107进风风压为376 Pa，107回风风压为407 Pa。工作面上隅角的CO浓度降低至5×10-6～7×10-6，工作面气压增加了102 Pa。通过在矿井中应用均压通风技术，有效防止了采空区漏风现象，给防灭火工作提供了保障。

图1 均压后的通风系统示意Fig.1 Ventilation system after pressure equalizing

2.3 裂隙堵漏

107综采工作面上隅角CO出现异常涌出情况后，地质部门安排专人对该回采区域内的地表进行巡查，发现该上覆地表存在多处裂隙、塌陷区，根据安排及时对地表裂隙、塌陷区进行了人工回填，以减少地表向该工作面采空区漏风。同时107综采工作面采用均压通风期间，每天安排专人对回填区域进行巡查，如发现回采区域内存在塌陷区及时进行回填，以减少地表向采空区漏风。

2.4 均压通风期间采取的防灭火措施

采用地面注浆的方式，优先利用107综采工作面进回风顺槽布置的黄泥灌浆管路对采空区进行持续性黄泥灌浆，并做好数据统计工作。同步完善临时黄泥灌浆管路，对与107综采工作面连通的密闭墙进行灌浆封堵或其他可靠措施封堵，减少漏风。采用均压通风期间，加大工作面喷洒阻化剂次数，增加喷洒阻化剂时间，确保喷洒阻化剂量能够全覆盖采空区遗煤，已达到防止煤层自燃的现象出现。对与107综采工作面连通的密闭墙采取抽气样，利用束管监测系统进行分析，分析密闭墙内是否存在煤层自然发火气体指标；同时利用107综采工作面进回风顺槽的束管监测管路对采空区内气体进行采样分析，以确保采空区内无煤层自然发火迹象。按照矿井防灭火设计要求，每周应对采空区进行采样分析一次，根据相关安排每天对采空区及连通密闭墙内的气体进行采样分析，以此来避免采空区存在煤层自然发火预兆。

2.5 均压通风期间的安全保障措施

工作面均压通风阶段回风流中各气体浓度应保持在CO<0.002 4%，CO2<1.5%，漏风量<18 m3/min，一旦超限应进行回风巷增阻，将工作面进回风的内外压差调高。工作面的通风调压应确保在工作面及上隅角等处的有害气体不超限。工作面上隅角、回风巷内出现瓦斯浓度>0.8%，CO2浓度>1.5%等有害气体超限，工作面异常断电或通风失压等异常情况，应立刻停止作业并撤出作业人员至安全区域，及时汇报并进行处置。107综采工作面采用均压通风期间，为了保证进回风顺槽调节设施的稳定可靠，通风部每班安排专人对调节设施进行检查，如发现设施存在异常及时采取措施进行处理；同时综采队在生产过程中，安排专人在设施处看管，严禁由于大块煤、矸石等物料导致调节设施损坏，造成工作风量增大，导致加快采空区煤体氧化出现。通风部每班必须对上隅角、回风巷的CO浓度进行检查，一旦发现异常情况及时汇报调度室、通风部值班室和相关领导，立即采取措施处理。

3 结语

大峪煤业日常通过JSG-8束管监测系统对矿井中各采空区的有害气体进行数据分析，判断采空区内是否存在煤层自燃。107综采工作面通过采用均压通风技术、密闭墙加固、地表裂隙回填等有效措施减少了采空区的漏风量。通过采取黄泥灌浆、喷洒阻化剂和束管采样分析等有效防灭火措施，避免了由于采空区漏风加快采空区煤体氧化的速度，且有效地防止采空区内的CH4、CO、CO2等有害气体异常涌出。同时采用均压通风技术与矿井防灭火措施相结合的办法，为矿井防灭火工作提供有效保障，给矿井带来了较大的效益。