近距离多煤层开采取消均压系统可行性研究

许金波

（晋能控股煤业集团，山西 大同 037001）

矿井均压防灭火技术始于20世纪50年代，由波兰学者汉·贝斯特朗首先提出，60年代开始在我国推广应用。起初主要作为火区治理手段之一，在各类大小矿井中广泛应用。通过建立均压系统可以平衡本工作面与邻近采空区之间的压差，有效防止邻近采空区有害气体涌入本工作面［1］。但相比全风压通风，均压通风系统存在设施设备多、管理环节多、系统不稳定、作业环境差等问题，尤其是一旦出现无计划停电停风，造成工作面突然泄压，极易导致采空区有害气体突然大量涌出，带来严重的安全生产隐患。

本文通过研究在均压工作面采取布置全风压导风筒引流、构筑通风设施调整阻力分布以及对本工作面和四邻采空区进行抽采泄压等综合治理措施，着力降低本工作面和四邻采空区之间的压差，为彻底取消均压通风系统提供理论依据和实践支撑。

1 工作面概况

1.1 工作面四邻关系

选取山西某煤矿相邻的81022 和81024 工作面为研究对象，81022 工作面回采期间81024 为备采工作面，81024 工作面回采期间81022 工作面已封闭。

14#层81022 工作面回采期间采用均压通风，上覆本矿11#层81005 面、81007 面、81011 面、81013 面采空区及8#层某地方煤矿采空区，北侧为81024 备采工作面，南侧为81220 工作面采空区。

14#层81024 工作面回采期间采用全风压通风。上覆为本矿11#层81005 面、81007 面、81019面、81011 面、81013 面、81015 面采空区及8#层某地方煤矿采空区，工作面北侧为实煤区，南侧为81022 工作面采空区。

11#层与14#层间距23～26 m，平均24.5 m，不同位置层间压差2～40 mm水柱不等。8#层与14#层间距76.5～82.7 m，平均80.2 m，层间压差50 mm水柱。

1.2 工作面瓦斯等有害气体主要来源

四邻采空区有害气体涌入本工作面的两个必要条件：一是在四邻采空区积存大量的有害气体，二是存在有害气体迁移的动力［2］。

通过向四邻采空区打孔取样和本工作面采空区取样化验，发现多处氧气浓度不足10%、瓦斯浓度大于5%。由于主扇负压的作用，有害气体通过煤体裂隙和采空区导通后的通道连续进入81022（81024）工作面，本工作面回采后采空区游离状态的瓦斯随着采空区漏风也一并进入81022（81024）工作面，导致工作面回风隅角出现低氧和瓦斯超限的问题。

图1 81022 和81024 工作面有害气体主要来源

2 取消均压通风系统工作思路

根据上述情况，可以确定取消均压通风系统的三个工作方向：

1）实施采空区抽采，减少采空区有害气体积存量［3］。

2）降低工作面间压差，削弱气体迁移动力［4］。

3）适当增加工作面配风量，及时稀释回风隅角涌出的有害气体。

3 采取的措施及效果

3.1 81022工作面

81022 工作面试验取消均压系统期间通风系统见图2。

图2 81022 工作面试验取消均压系统期间通风系统

（1）采取的措施

根据81022 工作面四邻采空区的探测情况以及矿方的设备、设施，主要采取了以下措施：

①实施回风隅角插管抽采。沿51022 巷内布置一趟Φ300 钢管，在距工作面煤壁处9 m处连接600 mm硬质骨架风筒，抽采本工作面采空区瓦斯，通过抽采将采空区部分有害气体排出，降低通过回风隅角涌入工作面的有害气体流量，抽采流量80 m3/min。

②布置回风隅角全风压导出式风筒。全长度铺设一趟直径800 mm的骨架风筒，风筒吸风口位于工作面回风隅角以里1 m处，出风口位于回风绕道与盘区回风巷交汇点下风侧10 m处，配合回风隅角插管抽采将回风隅角涌出的部分有害气体直接引入盘区回风巷，风筒风量98 m3/min。

③实施邻近采空区抽采。沿51022 巷道顶板向81220 工作面采空区施工钻孔，51022 巷的钻孔通过75 mm丝管与51022 巷的抽采管路连接，通过移动抽采泵抽采81022 工作面邻近81220 工作面采空区内的瓦斯，然后将瓦斯直接排入412 盘区回风巷。一方面是引流采空区内有害气体，减少有害气体的绝对量；另一方面是降低本工作面与采空区间的压差，削弱有害气体涌出的动力。

（2）取得的效果

通过采取以上3 项措施，81022 工作面开始试验取消均压通风系统，取消均压系统前后工作面风量和气体浓度变化见表1～表3。

表1 81022 工作面在均压通风期间气体和风量情况

表2 81022 工作面取消均压系统风量和当日气体极值

表3 3月18日81022 工作面取消均压系统测试不同风障期间工作面风量和当日气体极值

（3）试验结果

工作面取消均压通风系统，在综合采取回风隅角插管抽采、回风隅角全负压导风筒以及吊挂风障等措施后，不能完全消除四邻采空区气体对本工作面的影响，未彻底解决工作面回风隅角低氧和瓦斯超限的问题。经分析原因如下：

①从数据分析，停运均压系统后，回风隅角与回风流的氧气、瓦斯浓度相差很大，且回风流气体符合《煤矿安全规程》要求，可以认定为通过回风隅角涌出的有害气体量和浓度均比较大，未能及时被稀释。

②邻近采空区抽采和本工作面采空区插管抽采总流量仅80 m3/min，不能有效抽排采空区有害气体，不能有效降低工作面与四邻采空区之间的压差，达不到取消均压系统的目的。

3.2 81024工作面

81024 工作面回采期间通风系统及地面钻孔布置见图3。

图3 81024 工作面回采期间通风系统及地面钻孔布置

（1）采取的措施

通过分析81022 工作面未能取消均压系统的原因，结合81024 工作面四邻采空区的实际情况，为进一步有效降低采空区间压差、减少采空区有害气体积存量、及时稀释回风隅角涌出的有害气体，综合采取了以下措施：

①实施地面抽采。在81024 工作面对应地表位置施工10 个地面钻孔，9 个终孔位置落在对应的11#层各采空区，1 个终孔位置落在对应的8#层采空区实施采前预抽，随采随抽。地面抽采泵站设2 台2BEY62 型水环真空泵，一用一备。初采前期预抽上覆11#层81005 采空区瓦斯，次之预抽11#层81007、依次往外。目前过上覆11#层81009 采空区，对6、7、8 号钻井进行瓦斯抽采，瓦斯浓度7.5%，氧气浓度15%，总流量为141 m3/min。

②实施回风隅角插管抽采。在81024 工作面铺设的一趟Φ300 管路，连接直径600 mm伸缩风筒至切顶线以里1 m处，利用410 盘区瓦斯抽采泵站2BEC52 泵对回风隅角进行插管瓦斯抽采，抽采流量75 m3/min。

③实施上覆采空区抽采。从51024 巷每隔100 m向上覆11#层采空区施工抽采钻孔，每组3个抽采孔一个观察孔；钻孔直径均为108 mm，利用410 盘区瓦斯抽采泵站2BEC52 泵对上覆采空区进行抽采，抽采流量72 m3/min。

④增大工作面配风量。81024 工作面的风量由原来753 m3/min增加至1 682 m3/min，通过增大配风及时稀释回风隅角涌出的有害气体。

⑤安装使用压风引射器。在81024 工作面尾架与煤帮之间吊挂3 台压风引射器，连接压风管路，引射器出风口连接10 mΦ400 mm风筒延至割煤线往外10 m处，3 台引射器总通风量500 m3/min。

⑥施工端头封堵。采用柔性充气气囊对回风隅角进行端头封堵，随回采进度每天移动一次，减小回风隅角漏风通道断面，减少采空区有害气体通过回风隅角涌入工作面的流量。

⑦布置回风隅角全风压导出式风筒。全长度铺设一趟直径800 mm的骨架风筒，风筒吸风口位于工作面回风隅角以里1 m处，出风口位于回风绕道与盘区回风巷交汇点下风侧10 m处，配合回风隅角插管抽采将采空区部分有害气体直接引入盘区回风巷，风筒风量60 m3/min。

⑧构筑控风设施，调整矿井通风阻力分布。81022 采空区对81024 工作面压力为22～30 mm水柱，为降低此压力，在81022 和81024 工作面之间的盘区回风巷内构筑调节，调整矿井通风阻力分布，使81022 与81024 采空区分别处于调节两侧，降低81022 采空区对81024 采空区的气体压力，减少采空区气体向81024 工作面的涌入量。

图4 新构筑增阻调压设施位置

（2）取得的效果

通过采取以上八项措施，上覆11#层采空区对14#层工作面的压力从2～40 mm水柱降至2～12 mm水柱，81022 采空区对81024 工作面压力从22～30 mm水柱降至10～14 mm水柱，81024 工作面在全风压通风系统下已安全回采550 m，彻底取消了均压通风系统。主要有以下经验：

①综合采取上覆采空区抽采和地面钻孔抽采，总流量达210 m3/min。实施采前预抽，随采随抽，大量排放了本煤层和上覆11#层采空区有害气体，既降低了有害气体的浓度，也降低了11#层采空区对81024 工作面的气体压力，减少了气体下泄量。

②及时进行端头封堵，减少了回风隅角气体涌出量，同时安装使用3 台压风引射器，能够将回风隅角涌出的部分有害气体及时排出，并将工作面新鲜风引入回风隅角区域，及时稀释回风隅角有害气体。

③实施工作面采空区插管抽采，将上覆层采空区下泄的部分有害气体直接排入盘区回风巷，降低通过回风隅角的涌出量。

表4 81024 工作面正常生产期间工作面风量和气体情况

4 结论

通过对比81022 和81024 工作面采取的措施以及取得的不同效果，证明上述取消均压通风系统的思路是可行的：

1）对于存在四邻采空区有害气体涌入隐患的工作面，应当采取采前预抽和随采随抽，降低采空区内的有害气体浓度和相对压力。

2）安装使用压风引射器、布置全风压导出式风筒，引流回风隅角涌出的有害气体，减少有害气体通过回风隅角的绝对量。

3）采用构筑调压设施的方式调整局部通风阻力分布，削弱相邻采空区对本工作面的气体压力。

4）在保证工作面作业环境和防火需要的前提下适当增加配风量，及时稀释回风隅角有害气体。

针对各矿实际生产过程中存在的差异，可以有针对性的调整重点工作方向，但采取综合措施仍是第一选择。