胡　洋，康懷宇，朱建芳

(華北科技學(xué)院 河北省礦井災(zāi)害防治重點實驗室，北京 101601)

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炮掘巷道內(nèi)CO超限規(guī)律及控制對策

胡洋，康懷宇，朱建芳

(華北科技學(xué)院 河北省礦井災(zāi)害防治重點實驗室，北京 101601)

[摘要]為了徹底解決炮掘巷道內(nèi)放炮后發(fā)生的炮煙熏人事故，確定放炮后爆破人員再次進入工作面作業(yè)的安全時間。針對西山煤電屯蘭礦一段正在掘進的巷道內(nèi)CO超限規(guī)律進行了較為詳細的試驗研究。通過改變幾組試驗條件，得到放炮后巷道內(nèi)幾個觀測點處的CO濃度走時規(guī)律以及CO濃度超限的時間分布規(guī)律，并在此基礎(chǔ)上建立放炮后爆破人員再次進入工作面安全時間的計算模型，定性給出了巷道內(nèi)降低CO濃度的幾點有效措施，對煤礦安全生產(chǎn)均起到了至關(guān)重要的作用。

[關(guān)鍵詞]超限規(guī)律；控制對策；安全時間；事故預(yù)防

[引用格式]胡洋，康懷宇，朱建芳.炮掘巷道內(nèi)CO超限規(guī)律及控制對策[J].煤礦開采，2015，20(6)：119-122.

炮掘巷道爆破后產(chǎn)生的有毒有害氣團,一部分直接進入巷道中，與空氣相混合， 一部分進入巷道內(nèi)的破碎礦巖中， 還有一部分在爆炸壓力作用下被擠入礦巖裂縫中[1-3]。隨著采礦生產(chǎn)的進行，后兩部分最終將排至井下空氣中，這些有毒有害氣體均是造成炮煙熏人事故的直接原因。而煤礦井下掘進工作面環(huán)境十分惡劣，有時巷道長度超過1000m，并且巷道存在一定的坡度。當(dāng)發(fā)生炮煙熏人事故時，事故人員無法及時脫離危險區(qū)域得到有效救治，因此造成了不可挽回的損失。所以，炮掘巷道爆破作業(yè)后CO濃度分布規(guī)律以及確定工人可以再次返回工作面作業(yè)的安全時間問題成為學(xué)者們研究的重點內(nèi)容[4-7]，而本文的工作正是圍繞這一問題展開的。

1試驗現(xiàn)場條件概述

1.1巷道掘進情況概述

本文試驗所選用的巷道位于西山煤電屯蘭礦南五盤區(qū)的12501工作面低位抽采巷，北西為12501掘進運煤措施巷，北東為12501高抽巷，南西為已回采的12503工作面，南東為12501膠帶巷。巷道均為沿4號煤層頂板掘進的回采巷道。12501低位抽采巷的施工長度1653.495m，開口沿2號煤頂板施工35m后以-10°坡施工，見4號煤后沿4號煤頂板施工。掘進工作面位于南五盤區(qū)，巷道呈矩形斷面。12501低位抽采巷凈寬4m，凈高為3.0m；斷面面積為12m2，沿4號煤層頂板掘進。

1.2試驗觀測點的位置

試驗進行過程中，12501工作面已經(jīng)掘進800m，巷道傾斜角度3～10°，根據(jù)試驗需要及現(xiàn)場條件，本次試驗共選擇了巷道的4個斷面，每個斷面上布置1～2個測試點，測試點均布置在回風(fēng)流中，4個斷面選擇為距掘進工作面迎頭25m，180m，476m和距離回風(fēng)口12m處。具體傳感器布置如圖1所示。

圖1　試驗中傳感器位置布置

1.3試驗條件

3組不同試驗條件如表1所示。表1中第1組試驗條件是爆破作業(yè)規(guī)程中的標(biāo)準(zhǔn)條件，即風(fēng)量與炸藥量剛好符合要求[8]；第2組試驗條件的特點是風(fēng)量與標(biāo)準(zhǔn)條件相同，一次起爆的炸藥量略少；第3組試驗條件的特點是一次起爆的炸藥量與標(biāo)準(zhǔn)條件相同，而通風(fēng)量是標(biāo)準(zhǔn)條件的1.38倍。

表1　3組不同試驗條件

2試驗數(shù)據(jù)分析

2.1不同觀測點的濃度到時曲線

3種不同工況條件下各觀測點的CO濃度隨時間變化曲線如圖2～6所示。

圖2　觀測點1的CO濃度時間曲線

圖3　觀測點2的CO濃度時間曲線

圖4　觀測點3的CO濃度時間曲線

圖5　觀測點4的CO濃度時間曲線

圖6　觀測點5的CO濃度時間曲線

以圖2為例，對觀測點1在3種工況條件下進行分析，可得到如下結(jié)論：

(1)工況1和工況2的風(fēng)量是相同的，工況1的炸藥量略大于工況2，風(fēng)量相同意味著推動含CO混合氣團運動的動力近似相同，因此兩種情況下觀測點1峰值出現(xiàn)的時間相同，均在放炮后62s這個時刻。由于工況1的炸藥量略大于工況2，因此生成的CO量較多，所以峰值也較高，在觀測點1處工況1的超限峰值為348×10-6，工況2的峰值為325×10-6。

(2)工況1和工況3的炸藥量是相同的，工況3的風(fēng)量大于工況1，風(fēng)量大意味著推動含CO混合氣團的動力就大，氣團運動速度就快，因此工況3達到超限峰值的時間要快于工況1和工況2，從試驗數(shù)據(jù)來看，這個時間為19s。工況1和工況3的炸藥量相同，意味著CO濃度峰值應(yīng)該相同[9]，但是試驗數(shù)據(jù)卻顯示工況3的超限峰值比工況1低了很多，甚至比工況2還要低，這個現(xiàn)象可以由含CO混合氣團運動模型來解釋[10]，風(fēng)量在推動含CO混合氣團發(fā)生平移運動的同時還會增加氣團在軸向和橫向的擴散速率，因此出現(xiàn)了上面的試驗現(xiàn)象。

圖3至圖6分別給出了觀測點2至觀測點5在3種不同工況下CO濃度隨時間變化的曲線，可以看出幾組試驗曲線非常相似，爆破后炮掘巷道內(nèi)CO濃度的變化規(guī)律仍然符合上述2點結(jié)論。

除此之外，從圖2至圖6 中還可以看出，炮掘巷道放炮后CO濃度的最高值出現(xiàn)在巷道中距工作面25m左右，25～200m內(nèi)CO濃度峰值隨距離增加而減小，峰值衰減很快，呈現(xiàn)指數(shù)衰減規(guī)律；在200～800m之間，CO濃度峰值始終趨于穩(wěn)定，濃度在(120～130)×10-6之間。而本次試驗的最后一個測點是在距掘進工作面約800m處，在這個測點前包括這個測點， CO濃度峰值曲線并沒有出現(xiàn)明顯的下降趨勢或拐點，這個平穩(wěn)的CO濃度峰值曲線似乎可以外推到足夠遠處。由這一現(xiàn)象又可得出下述2點結(jié)論：

(1)掘進工作面爆破作業(yè)后，炮掘巷道內(nèi)出現(xiàn)CO濃度超限是必然現(xiàn)象，與掘進工作面的通風(fēng)量和巷道長度沒有關(guān)系，僅與炸藥本身的特性有關(guān)。因此，用增大掘進工作面通風(fēng)量的方法來消除爆破后掘進巷道CO濃度超限的現(xiàn)象是不可能實現(xiàn)的，風(fēng)量增加只會加快氣團的運動速度。

(2)降低混合氣團中CO的濃度，直接向氣團中摻入新鮮風(fēng)流比增加推動氣團運移的風(fēng)量效果更好。因此，建議采用分段通風(fēng)的方式來降低巷道內(nèi)CO濃度超限的問題。

2.2不同位置CO濃度隨時間分布

圖7的3條試驗曲線清晰顯示出如下規(guī)律：

圖7　工況1時CO運移時間曲線

(1)掘進工作面放炮后沿巷道軸線方向不同斷面上開始出現(xiàn)CO氣體的時間，與該巷道斷面距工作面的距離呈現(xiàn)近似的線性關(guān)系。

(2)掘進工作面放炮后沿巷道軸線方向不同斷面上CO濃度降低到某一特定值的時間，也與該巷道斷面距工作面的距離呈現(xiàn)同樣近似的線性關(guān)系。

(3)掘進巷道軸線方向不同斷面上開始出現(xiàn)CO的時間曲線與CO濃度降低到某一特定數(shù)值的時間曲線，不僅均近似為直線，而且2條直線近似平行。這是關(guān)于CO氣團在巷道風(fēng)流中運移過程非常具有價值的結(jié)論。

圖8為工況1時CO超限時長分布圖。根據(jù)圖8可知，各測點CO濃度超過24×10-6的時間長度為10～15.4min，超過100×10-6時間長度為3～5min，掘進巷道的任何斷面處都會出現(xiàn)10～15.4min的CO濃度超過24×10-6的現(xiàn)象。同理，掘進巷道的任何斷面處都會出現(xiàn)3～5min的CO濃度超過100×10-6的現(xiàn)象。掘進工作面風(fēng)流，爆破后經(jīng)過10～15.4min的時間，CO濃度就低于24×10-6了，符合《煤礦安全規(guī)程》對作業(yè)環(huán)境的規(guī)定要求。也就是說，爆破后經(jīng)過10～15.4min的時間，人員就可以再次進入工作面作業(yè)了。而在巷道內(nèi)行走，進入掘進工作面的過程中，是否會經(jīng)過CO濃度超過24×10-6的區(qū)域，這正是下面要研究回答的安全時間問題。

圖8　工況1時CO超限時長分布

3安全時間的計算模型

從圖8分析可知，假設(shè)放炮后作業(yè)人員從距離放炮作業(yè)工作面100m處的硐室或者聯(lián)絡(luò)巷進入該掘進工作面，按照作業(yè)規(guī)程規(guī)定的巷道可以施工最高CO 允許濃度為24×10-6的要求，開始進入掘進巷道的時間應(yīng)該是放炮后CO到達的時間，約2.377min，與該斷面處CO濃度超過24×10-6的持續(xù)時間約15.4min之和，即放炮后作業(yè)人員從距離放炮作業(yè)工作面100m處進入該掘進工作面的開始時間為18min。經(jīng)過數(shù)學(xué)推導(dǎo)，可得出如下2個近似計算公式作為爆破作業(yè)人員放炮后再次進入工作面作業(yè)的安全時間判據(jù)。

在標(biāo)準(zhǔn)試驗條件下：

Tj=0.0317L+14.607

(1)

在非標(biāo)準(zhǔn)試驗條件下：

Tj=0.0317L-0.793+C

(2)

式中，Tj為爆破后距工作面L(m)位置處，爆破作業(yè)人員可以開始再次進入炮掘巷道的安全時間，min；L為爆破作業(yè)人員放炮后再次進入炮掘巷道入口處距掘進工作面的距離，m；C為爆破作業(yè)人員進入炮掘巷道入口處的CO濃度等于或超過24×10-6的最長持續(xù)時間，min。

在公式(1)和(2)推導(dǎo)過程中假定了當(dāng)測試系統(tǒng)啟動時，L=25m，實際上按照炮煙拋擲理論公式計算[8]，此時，L=15+G/5=18.76m，而不是計算模型中的25m，因為在試驗中放炮時間是爆破作業(yè)人員在井下記錄的，數(shù)據(jù)采集過程則是監(jiān)測系統(tǒng)自動記錄的，沒有辦法統(tǒng)一起來，因此模型中把第1個測點，即到工作面25m的距離看成是炮煙拋擲距離了，這樣出現(xiàn)了一點很小的誤差，造成測點1到測點3的直線方程斜率比測點1與其他觀測點構(gòu)建線性方程的斜率偏大，計算出來的CO到達時間也更遲了一點，不過從爆破作業(yè)人員的安全角度考慮是有重大意義的。

4結(jié)論

本文的研究目的在于解決放炮后巷道內(nèi)CO超限而造成炮煙熏人這一熱點問題。通過試驗的方法總結(jié)了巷道內(nèi)CO氣團的運移規(guī)律，并且定量地給出了放炮后爆破作業(yè)人員再次返回工作面作業(yè)的安全時間計算方法。這些研究成果為煤礦安全生產(chǎn)提供合理的理論依據(jù)。

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[責(zé)任編輯：鄒正立]

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CO Overrun Rule and Control Countermeasures in Blasting Driving Roadway

HU Yang，KANG Huai-yu，ZHU Jian-fang

(Hebei Provincial Key Laboratory of Mine Disaster Prevention，North China Institute of Science & Technology，Beijing 101601，China)

Abstract：In order to confirm safety time of personnel entering driving face after blasting for avoiding poisoning disaster，A test of CO overrun rule was made in a driving roadway of Tunlan Colliery.By changing test conditions，the CO concentration variation and overrun distribution rule was obtained.On the basis of this，a calculation model of safety time of personnel entering driving face was set up.Countermeasures for reducing CO concentration in roadway were put forward which had important significance for safety mining.

Keywords：overrun rule；control countermeasure；safety time；disaster prevention

[作者簡介]胡洋(1979-)，男，遼寧沈陽人，講師，從事礦井瓦斯防治工作。

[基金項目]中央高校基本科研業(yè)務(wù)基金資助項目(AQ2013A01)；華北科技學(xué)院煤礦火災(zāi)防治新材料及應(yīng)用技術(shù)研究創(chuàng)新團隊項目(3142015021)

[DOI]10.13532/j.cnki.cn11-3677/td.2015.06.032

[收稿日期]2015-04-30

[中圖分類號]TD711

[文獻標(biāo)識碼]A

[文章編號]1006-6225(2015)06-0119-04