综采工作面防灭火作业中均压通风技术的应用研究

杨东方

（潞安矿业集团<有限>责任公司古城煤矿，山西 长治 046100）

均压通风技术是一种合理、高效的通风管理技术，在煤矿井下通风调节控制中得到广泛的应用，尤其是在煤矿生产过程中，已被广泛地用于矿井瓦斯的防治和防火管理。对工作面进、回风巷的气流进行了有效的控制，使工作面压力差保持在合理范围内，从而对工作面的采空区进行了有效的控制。对采空区煤层进行抑制，防止煤层发生自燃，避免煤层上隅角积累CO，保证了综采工作面的安全。潞安化学公司某矿具有120×104t/a 的产能，经调研分析，该矿瓦斯级别为高瓦斯矿井，以3煤层为重点，其自燃程度为一级，自然点火时间59d，为易燃性煤层。煤矿采气方式为抽吸，主要为主斜、副竖井，而在东侧为回风。在矿井自然发火监控中，采用JSG-8 型束管式监控，以人工监控为辅，采用阻化剂、注水、注浆等措施进行控制。当前，由于受地质条件的制约，3605 综采工作面采空区在回采时会出现局部的有底煤的情况[1]。在采空区煤层中，由于煤层的存在，煤层中的煤层会发生自燃，在煤层上隅角处，CO喷发量较大，严重时可能发生超限。

1 3605综采工作面概况

3605综放工作面位于3603号回采工作面的南侧，位于东翼带-175m 的运输大巷的北侧，东翼为轨道运输大巷及煤柱，延伸至四采区保护煤柱，西侧至三采区铁路下部。由于候村的滑移作用，对3605 工作面造成较大影响，导致3605 综放工作面3#煤的赋存不稳。对采区运输巷和回风巷掘进过程中的实际数据和开采面10915 和10807 钻孔数据进行了分析，研究发现，该矿区的煤层具有非均质性的特征，煤层厚度分布在0.1~10.2m 之间，平均厚度为4.6m。煤层顶为中度砂体，平均厚度12.5m，顶板较硬，且具有5~7 的硬度。煤体底板为8m 厚度的砂质粘土岩石，其坚硬系数为2~3。采场上煤层的矿体特征见表1。3605综放区在施工中，一些顶板和底板出现了明显的起伏，造成了回风巷和运输巷的高煤层，高度甚至达到10.2m，并有抛底煤的可能。工作面的纵向长度为502~698m，坡长160m，可开采储量58×104t。采场采取了向长臂式后撤开采方法，全崩塌开采方法进行顶板管理。采用U 形通风方式，3605胶带巷为进风巷、3605辅运巷为回风巷，隧道截面呈半圆形弧形[2]。

表1 工作面顶底板岩性

在3605综采工作面2021年5月12~15日组织生产过程中，煤层上隅角CO发生异常喷发。经现场人员检查和观察，发现CO的浓度在（1.2~3）×10-5之间，并有连续的喷流，CO感应器发生四次报警。经现场勘查和分析，分析结果表明，CO 的异常爆发是采空区的漏气引起的，煤体发生氧化、自燃，CO 流入工作面，导致上隅角处CO的反冲，给工作面带来了很大的冲击。

2 均压通风技术的应用

2.1 均压通风系统布置

在原U 型通风系统的基础上，通过加装调整装置的方式，对采场进风巷进行了调整，利用采场进风流量进行均匀通风。根据采场的要求，采场设计的通风能力为1041m3/min，按照采场实际工作条件，设计了1621m3/min 的通风系统。均匀压力通风系统主要是为了降低进风巷的排风率，进而对采空区进行漏风率的调控，减少进风巷和回风巷间的风压差值，以避免采空区内煤燃烧引起CO进入采场。

2.2 现场应用效果分析

3605 的进风量是1621m3/min，在使用均匀的气压下，3605 的进风巷的气压是281Pa；回风巷气流为1648m3/min，气压为320Pa。在3605进风巷采用均匀压力通风后，空气流量是1190m3/min，压力是382Pa；回风巷气流为1208m3/min，气压413Pa。图1 所示为工作面的均匀通风系统。

图1 均压后的通风系统示意

（1）采用均压通风以后，3605 工作面进风巷和回风巷的风流量差异为27m3/mm 和18m3/mm，降低了9m3/mm。

（2）3605 工作面回风巷和回风巷的压力差异为39Pa 和31Pa，压力差异减小8Pa，压强差异更为均衡。采场进风巷压强提升101Pa、回风巷压力提升93Pa，工作面压力得到了明显的改善。

（3）现场监测及管束监测显示，上隅角CO 浓度降低至（4~6）×10-6，较均匀通风时降低幅度较大[3]。

2.3 搬缝封堵

在3605 工作面上隅角CO 浓度超标的情况下，对3605 工作面进行了表面治理。在现场发现多处搬缝、塌陷区后，立即组织工人进行了搬缝及塌陷区的填筑，并派人进行现场验收，防止地表的气流通过搬缝、塌陷区进入采空区。在填埋场完成后，地面工作人员会定期对地面进行巡视，如果发现有新的裂缝和塌陷，就会立即进行填筑。

2.4 均压通风期间的防灭火措施

在3605 工作面采用均匀压力通风时，根据现场的具体情况，采取了如下的防火措施：

（1）采用3605 综采工作面上、下顺槽的管线，将管线连接到注浆站点，实现对采空区的持续注浆，同时可以对注浆数据进行记录，便于日后排查。

（2）对3605综采工作面封闭墙体进行了现场检查，对存在的漏风部位采用注浆加固或喷浆加固方法。

（3）为了保证采空区的残煤得到充分的覆盖，防止煤层发生自燃和氧化，必须加大喷淋次数和喷淋时间。

（4）配套建立监控体系，采用与工作面相连的密闭墙墙上、下隅角、工作面上、下隅角埋设管道，并对密闭墙和采空区的瓦斯采样进行了分析，以确定密闭墙内的瓦斯指数和采空区是否有自燃、氧化等问题。根据《3605 综采工作面防灭火设计及安全技术措施》的规定，矿井通风处每日派专人采样、分析密闭墙、采空区的瓦斯，以消除自燃发生的安全隐患。

2.5 均压通风期间的安全保障措施

（1）在3605工作面采用了均压措施以后，当监控系统监测到上隅角、回风巷等回风区存在CO 浓度大于2.4×10-5、CO浓度大于1.5%、CH4浓度大于0.8%、漏风量大于16m3/min等情况，导致工作面通风不畅或停电，应采取增阻措施，使回风巷内进、回风巷间风压差增大，防止非正常喷出或超限的危险气体。同时，要立即停止工作，并由班组长或安检员带领员工撤离到空气流通区域等安全地带，并将情况汇报给计划和通风部，在完成工作和保证通风系统的稳定后，方可进入。

（2）对3605工作面采取了均匀通风措施，通风部每天都要派瓦斯员对进、回风巷的调整设备进行检查，一旦发现有问题，立即进行处理，以保证设备的完好和通风的可靠性。

（3）在工作面开采过程中，由于大块的矸石、铁器等会对设备造成损害，在出煤过程中，安排煤矿工人看守设备，避免由于设备损坏而使工作面的风量增加，从而使采空区残留煤氧化、自燃。

（4）各班组安排专职检查人员执行常态化的检测工作，实时观测上隅角和回风巷CO浓度，如有异常，应及时报告调度和通风部门，并及时采取相应的措施[4]。

3 应用效果分析

3605 工作面采用均匀通风、搬缝封堵等多种防火技术，并采取相应的防护手段，工作面风压降低至9m3/min，工作面压强明显增加，压力差由39Pa 降至31Pa，工作面上隅角CO浓度降低至（4~6）×10-6，大大减轻了现场的消防工作压力。

4 结论

在3605综放工作面上，在回采期间，煤层上隅角处存在CO 异常喷发和浓度超标的问题。为了解决这一问题，采取了均匀通风技术，并通过维护调整设施，加固密封墙，并进行地面移缝的回填法，使采空区的漏风率小于8m3/min；另外，对采空区进力行黄色泥浆灌注，增加采空区残留煤层的使用次数和使用时间，利用JSG-8 光束监控和现场测量等方法进行了有效的防火控制，有效控制了采空区漏风引起的残余煤体的燃烧。工作面上隅角及回风巷CO 浓度降低至（4~6）×10-6，对CO的异常爆发和超限起到了很好的抑制作用，同时也能减轻工作面的消防工作量，提升了工作面得到安全性。