武 捷
(山西潞安化工集团慈林山煤业有限公司夏店煤矿,山西 长治 046000)
夏店煤矿5320综采放顶煤工作面在回采期间因采用顶板抽放巷封闭式抽采方式对上隅角采空区内的瓦斯进行抽采治理,在回采过程中工作面采空区顶板垮落后极易与上覆已开采工作面采空区联通,造成采空区漏风从而导致上覆工作面采空区内遗落煤炭自燃,给工作面安全生产带来安全隐患[1-2]。因此,为保证工作面安全回采,提出在5320工作面回采初期采用均压通风系统。本文就5320工作面均压通风技术方案进行研究分析,以期为类似条件下矿井开展均压通风技术提供一定技术参考。
夏店煤矿5320工作面开采煤层为5-8#煤,煤层平均厚度为13.58 m,采用综采放顶煤采煤工艺。工作面沿煤层走向布置,设计走向长度为785 m,倾斜长度为215 m,采高为3.8 m,平均放煤高度为9.78 m。工作面通风方式采用“U+I”型,即1320巷进风,3320巷回风,5320顶板抽放巷进行瓦斯抽放。1320进风巷和3320回风巷均沿5-8#煤层底板掘进,5320顶板抽放巷沿煤层顶板掘进,并与5320工作面巷道内错20 m。工作面巷道布置图如图1。在顶板抽放巷迎头布置一个直径为1.5 m的通风孔,该通风孔与5320工作面切眼联通,从而确保5320工作面顶板抽放巷全风压通风。
5320工作面开采煤层上覆的11-1、12-2、14-2煤层已被早期邻近煤矿开采完毕形成采空区,工作面开采的5-8#煤层与11-1、12-2和14-2煤层之间的层间距分别为168~195 m、135~162 m、151~171 m。5320工作面在开采后其上覆岩层产生的裂隙与上覆采空区直接形成贯通裂隙,在工作面回采期间原上覆工作面采空区内积聚的CH4、CO等大量有毒有害气体将沿裂隙通道涌向5320工作面,给工作面安全生产带来极大安全隐患,影响工作面正常生产。
工作面在采取均压措施前,在1320巷和3320巷道距离巷道开口位置100~200 m范围内分别向对应的上覆工作面采空区施工观测钻孔。在观测钻孔终端安装压差计对采空区内的压力进行测试,同时对采空区内气体变化、采空区与工作面之间的压力差进行观测,并进行取样化验,为工作面调整均压压力提供依据。5320工作面在回采期间,由专职瓦检员负责对工作面上下隅角、工作面中段、上段及回风流中的CH4、CO、O2和CO2等气体浓度进行测量,当达到下述条件时:(1)观测工作面上隅角O2浓度值连续3 d出现低于18%现象;(2)工作面漏风量大于10%。应立即启动运行工作面均压通风系统,且开启前工作面要先断电并将人员全部撤出。
按照相关规定要求[3-4],工作面回采期间需风量需按照工作面气象条件、瓦斯涌出量、二氧化碳涌出量、作业人数等不同要求条件下进行计算风量,具体计算结果见表1。(根据国家煤矿安全监察局《煤矿井下单班作业人数限员规定(试行)》要求“灾害严重矿井机械化采煤工作面检修班最大作业人数不超过40人”,本矿井为高瓦斯矿井,属于灾害严重类型矿井,工作面采用综合机械化采煤工艺,故按最大作业人数计算工作面配风量时最大作业人数按40人计算)
表1 工作面在不同条件下所需风量计算结果
根据计算结果选取最大需风量值,故Qc为1642 m³/min。
因工作面生产期间采用防爆柴油机车进行运输物料和人员,因此,在计算风量时需考虑给运输车辆增加配风量,具体需增配风量计算公式如下:
式中:Qr为稀释柴油机车尾气所需风量,m³/min;Ndl为机车数量,台,取值2;Pdl为柴油机车功率,取值70kW。将以上数据代入公式(1)计算可得Qr=560 m³/min。
综上可知,5320工作面回采期间所需的总风量为Qcf=Qc+Qr=2202 m³/min。
5320工作面回采期间配风量为2202 m³/min。在实际通风过程中,该工作面均压风筒漏风量为60 m³/min,轨道运输斜巷风门漏风量为150 m³/min,皮带运输联巷风门漏风量为450 m³/min,回风巷绕巷漏风量为350 m³/min,累计漏风量为1010 m³/min。为满足工作面生产配风量需要,均压风机的吸风量需达到3212 m³/min以上,据此确定选择风机型号为FBDNo8.0/2×75的局部通风机,共计配备4台,实行并联运行,风量可满足工作面均压供风需求。
(1)在1320运输斜巷构筑3道均压风门,在1320皮带运输联巷内构筑2道均压风门,同时在1320巷道内构筑3道均压调节风门。安装的通风设施必须全部实现闭锁要求,在过风门皮带跨风门口处必须安装挡风装置。
(2)在1320升压措施巷安装型号为FBD No8.0/2×75kW的对旋轴流局部通风机,共计安装8台,其中4台正常开启,4台作为备用风机。同时,为保证均压风机向工作面正常供风,在1320升压措施巷内设置1道密闭墙,穿过密闭墙安装4趟直径为1000 mm的铁风筒用于向工作面供风。通风设施安装构筑具体情况如图1。
图1 工作面均压通风系统通风设施布置图
(3)在1320皮带运输联巷内过风门皮带口处必须安装全封闭的防漏风装置,同时将过风门墙的所有管路、电缆孔和水沟等存在漏风的地方使用黄泥等进行封堵填实,减少漏风,并将巷道内安装的所有风门设置为自动风门。
(4)把5320工作面和1320巷内安装的所有风门全部安装闭锁装置,并设置语音报警信号装置。
(5)在1320和3320斜巷风门外分别安装一个压差计和压力传感器,实时对5320工作面的下部和上部的压差进行监测。
(6)5320工作面甲烷传感器设置参数见表2,同时在工作面上隅角和回风流中分别安装1台氧气传感器,其报警值为≤18%。在5320工作面上隅角和回风流以及在1320皮带运输机机头下风侧向外5 m左右位置分别安装1台CO和温度传感器,其中CO传感器报警值为≥24×10-6ppm,温度传感器报警值为≥26 ℃。
表2 5320工作面CH4传感器工作参数值
(7)为达到工作面发生自然发火灾害时能够在最短时间内把工作面进行全部封闭的要求,在5320工作面进风顺槽和回风顺槽距巷道口10~30 m位置各构筑一道防火门。
采取均压通风措施以后,5320工作面上覆采空区内的有毒有害气体涌出量得到有效控制。通过现场监测,CO浓度一直处于0,CH4、O2、CO2等气体浓度均在允许范围之内,保障了工作面安全生产。
(1)在1320巷、5320巷及1320斜巷和皮带联巷每班安排专人对均压通风设施进行看管并检查设施的完好情况。
(2)工作面每班配备专职瓦检员对工作面上下隅角、工作面中部、上部、回风流等地点的CH4、O2、CO2、CO浓度及温度和压力变化情况进行检查,每班不少于3次,并做好记录,向通风调度人员汇报检查情况。
(3)加强对工作面主均压风机和备用风机的检查维护,确保能够实现自动倒台切换。同时,对风机的自动倒台切换定期进行试验,每间隔10 d开启备用风机一次并使其连续运行时间不少于2 h。每天安排专人对语音报警装置进行检修并测试其是否正常。
(4)每周至少组织一次对5320工作面对应上覆工作面采空区内的观测钻孔内的气体成分进行取样化验分析,出现异常情况要及时分析原因并采取措施进行处理。
(5)加强工作面上隅角维护和管理,工作面回采期间每班安排专人对工作面和上隅角进行洒水冲刷,并及时清理上隅角的积煤、杂物,确保上隅角通风断面符合要求。同时在生产期间要确保工作面最后一架支架距巷道上帮的间距不少于0.8 m。
5320工作面在开采后其上覆岩层产生的裂隙与上覆11-1、12-2和14-2煤层采空区直接形成了联通通道,极易造成上覆工作面采空区内积聚的大量有毒有害气体沿着裂隙通道涌向5320工作面,同时还会引起煤炭自燃,给工作面安全生产带来极大安全隐患,影响工作面正常生产。结合5320工作面现场开采的实际情况,提出对工作面采取均压通风技术,并对工作面均压通风风量配备、风机选型与安装、通风设施布置等进行方案设计,采取相应的安全技术措施,确保5320工作面上覆采空区内的有毒有害气体涌出量得到有效控制,保障工作面安全生产。