郭艷軍(同煤集團(tuán)忻州窯礦,山西 大同037003)

1 前言

均壓通風(fēng)技術(shù)是通過礦井通風(fēng)調(diào)節(jié)設(shè)施,使井下均壓區(qū)域的壓力始終高于礦井全風(fēng)壓,從而解決在回采過程中上覆采空區(qū)有害氣體下泄導(dǎo)致的工作面有害氣體隱患[1-2]。隨著科技的進(jìn)步以及對井工煤礦現(xiàn)場安全管理的提升,均壓通風(fēng)技術(shù)的弊端正在逐步顯現(xiàn)。2019 年12 月5 日國家煤礦安全監(jiān)察局黨組書記、局長黃玉治在朔州恒寶源煤礦調(diào)研講話時指出,要大力推廣瓦斯抽采工藝,逐步取消均壓通風(fēng)系統(tǒng)。同煤集團(tuán)忻州窯礦通風(fēng)區(qū)積極行動先試先行,在保證回采工作面安全生產(chǎn)的前提下,14-3#層?xùn)|二盤區(qū)8304 工作面采取多項(xiàng)措施成功取消均壓系統(tǒng),工作面回采期間各類氣體保持在安全標(biāo)準(zhǔn)濃度范圍內(nèi),上隅角未發(fā)生瓦斯、一氧化碳超限和低氧現(xiàn)象?；?304 工作面取消均壓通風(fēng)系統(tǒng)的成功經(jīng)驗(yàn),經(jīng)過梳理總結(jié),形成研究報告,供同類型礦井逐步取消均壓通風(fēng)系統(tǒng)提供借鑒。

2 工作面概況

忻州窯礦14-3#層?xùn)|二盤區(qū)8304 工作面設(shè)計(jì)長度398 m,可采長度331 m,傾向長度165 m,煤層厚度2.7 ～4 m,平均厚度3.3 m,采用一次采全高采煤工藝。工作面煤層為復(fù)雜結(jié)構(gòu),成一單斜,煤層傾角為1°～3°、平均2°,煤厚2.70～6.10 m,平均3.70 m;局部賦存1 ～2 層夾石,厚度0.2 ～0.8 m。工作面煤層上方43 ～53 m 為11-2#層?xùn)|二盤區(qū)8302、8304 面采空區(qū),402 盤區(qū)8201、8203、8205 面采空區(qū)。根據(jù)14-3#層?xùn)|二盤區(qū)8304 工作面已掘巷道資料和坑道透視探測,8304 工作面揭露的異常區(qū)在本次探測分析成像圖上均有反應(yīng),位于2304 巷切眼往外45 ～70 m、5304 巷切眼往外25 ～70 m 異常最為突出,該異常區(qū)根據(jù)巷道揭露資料5304 巷存在多個斷層,2304 巷存在多個沖刷,分析該異常區(qū)為構(gòu)造帶,另工作面局部還存在多個沖刷和斷層。14-3#層?xùn)|二盤區(qū)8304 工作面在回采過程中,當(dāng)工作面初次來壓、“見方”及周期來壓時,有發(fā)生強(qiáng)礦壓顯現(xiàn)的可能,主要表現(xiàn)為工作面頂板破碎、煤壁片幫,巷道圍巖變形量大等。工作面采用U 型通風(fēng)方式,2304 巷為進(jìn)風(fēng)巷,其斷面為18 m2;5304 巷為回風(fēng)巷,其斷面為15 m2。計(jì)劃風(fēng)量為1 200 m3/min,實(shí)際風(fēng)量1 400 m3/min 左右。

通過對8304 工作面瓦斯來源分析,主要為上覆采空區(qū)和本煤層煤體瓦斯。上覆采空區(qū)觀察孔氣體連續(xù)取樣分析結(jié)果見表1。

表1 上覆采空區(qū)觀察孔氣體連續(xù)取樣分析結(jié)果

根據(jù)礦井2019 年瓦斯測定結(jié)果,綜采工作面瓦斯絕對涌出量1.51 m3/min;相對涌出量1.98 m3/t。

3 瓦斯治理措施

3.1 礦井主扇全負(fù)壓引流

在8304 回風(fēng)順槽從工作面上隅角沿回風(fēng)巷經(jīng)回風(fēng)繞道向東二盤區(qū)總回風(fēng)巷鋪設(shè)直徑600 mm 的伸縮硬質(zhì)風(fēng)筒對上隅角瓦斯進(jìn)行釋放。

8304 工作面上隅角和東二盤區(qū)總回壓差約為100 Pa 左右,利用壓差,通過在8304 工作面回風(fēng)順槽布置兩趟直徑600 mm 的硬質(zhì)風(fēng)筒,風(fēng)筒吸風(fēng)口伸入工作面尾部端頭架后立柱以里2 m 左右,風(fēng)筒出風(fēng)口經(jīng)工作面繞道進(jìn)入東二盤區(qū)總回風(fēng)中,將上隅角從頂板往下2 m 范圍的氣體引至東二盤區(qū)總回風(fēng)巷。

為避免風(fēng)筒內(nèi)通風(fēng)阻力影響排風(fēng)量,風(fēng)筒必須吊掛平直,盡量減少起伏,風(fēng)筒經(jīng)繞道進(jìn)入總回風(fēng)時,拐彎角度不宜小于100°,使風(fēng)筒以平滑的曲線拐彎,降低風(fēng)筒內(nèi)的風(fēng)阻。另外,風(fēng)筒進(jìn)入盤區(qū)總回的出風(fēng)口,應(yīng)設(shè)置在回風(fēng)巷內(nèi)斷面合理且風(fēng)速較大處,可增加風(fēng)筒風(fēng)量,效果更好。兩趟風(fēng)筒排風(fēng)量合計(jì)150 m3/min 左右,使用礦井主扇全負(fù)壓引流方法排放后,可減少上隅角瓦斯?jié)舛?.2% ～0.3%。

3.2 利用封堵氣囊對頭、尾端頭進(jìn)行封堵

使用封堵氣囊對8304 工作面頭、尾端頭進(jìn)行封堵。通過查閱相關(guān)資料[3-5],根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況定制了快速封堵氣囊,具體如圖1所示,利用工作面壓風(fēng)管路,在10 min 之內(nèi)即可完成端頭封堵,且封堵氣囊可重復(fù)使用,較傳統(tǒng)沙袋式封堵,有效提高封堵效率,降低勞動強(qiáng)度,減少影響生產(chǎn)時間,降低生產(chǎn)成本。使用封堵氣囊后,上隅角漏風(fēng)降低至15 m3/min,后古塘有害氣體大部分經(jīng)負(fù)壓風(fēng)筒排出,上隅角氧氣濃度基本穩(wěn)定在19% ～20%。

圖1 C 型氣囊外形圖

3.3 引進(jìn)新型壓風(fēng)引射流器

通過現(xiàn)場調(diào)研查閱相關(guān)資料了解到壓風(fēng)引射流器在礦井有害氣體治理以及粉塵防治等方面效果顯著,此設(shè)備以壓縮空氣為動力源,以“文丘里效應(yīng)”作為基本原理,在特殊設(shè)計(jì)的環(huán)向空間使壓縮空氣迅速膨脹和流速提高[6-7]。所以,在此作用下可產(chǎn)生低壓和負(fù)壓而進(jìn)入設(shè)備的空腔,使壓縮空氣和誘導(dǎo)吸入的氣體混合之后在增壓管內(nèi)擴(kuò)散,然后高速噴射出去,誘導(dǎo)進(jìn)入的有害氣體可超過17 倍以上壓縮空氣體積。為了進(jìn)一步治理上隅角瓦斯,我們購置了兩臺壓風(fēng)引射流器,一用一備。布置了專用壓風(fēng)管路,安裝使用后,引射流器吸風(fēng)口風(fēng)量可達(dá)到40 ～50 m3/min,使上隅角瓦斯?jié)舛冗M(jìn)一步下降了0.1%左右。具體采用的引射流器技術(shù)參數(shù)見表2,結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 引射流器結(jié)構(gòu)圖

表2 引射流器參數(shù)

3.4 利用相鄰采空區(qū)密閉的措施孔、觀測孔、排水孔

為防止8304 工作面回采過程中,煤柱因頂板壓力產(chǎn)生裂隙導(dǎo)致8306 工作面采空區(qū)瓦斯從8304 工作面上隅角涌出。提前利用8306 巷密閉的觀察管、注漿管以及排水管連接管路對采空區(qū)有害氣體進(jìn)行負(fù)壓釋放。具體8306 巷密閉上觀察管、注漿管以及排水管布置情況如圖3所示。

圖3 密閉上觀察管、注漿管以及排水管布置圖

3.5 籌建瓦斯抽放系統(tǒng)

解決瓦斯問題的根本對策在于瓦斯抽放,忻州窯礦積極組織籌建瓦斯抽放系統(tǒng)。改造原8306 均壓硐室為抽放硐室,抽放硐室噴漿80 m,抽放硐室砌筑容積90 m3過濾冷卻池,原抽放硐室內(nèi)設(shè)備出井,上井的抽瓦斯泵大修,整定電氣設(shè)備,購買管道監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)、三防裝置、除渣裝置、負(fù)壓防水器,購置并鋪設(shè)抽放管路1 000 m?；謴?fù)原瓦斯抽放系統(tǒng)的2 臺ZWY110/160 型瓦斯抽放泵,另外協(xié)調(diào)一臺ZWY160/200G 型瓦斯抽放泵。所有抽放泵修理穩(wěn)裝、管路鋪設(shè)、硐室建設(shè)、系統(tǒng)試運(yùn)行均在2 個月內(nèi)完成。瓦斯抽放系統(tǒng)建成后,通過上隅角與上覆采空區(qū)各種抽放效果對比實(shí)驗(yàn),發(fā)現(xiàn)8304 工作面在采煤過程中實(shí)施上隅角抽放效果最優(yōu)。

4 綜合措施實(shí)施效果

8304 工作面通過6 個月回采期間的氣體數(shù)據(jù)分析:利用全風(fēng)壓導(dǎo)出式排放,風(fēng)筒出風(fēng)口的瓦斯為0.6% ～ 1.5%,使上隅角瓦斯?jié)舛认陆?.2% ～0.3%;封堵氣囊封堵兩端頭,使上隅角氧氣濃度上升2.5% ～3.5%;抽出式引射流器,使上隅角瓦斯?jié)舛认陆?.1%左右;上覆采空區(qū)釋放及相鄰采空區(qū)釋放,釋放口瓦斯?jié)舛葹?.4% ～1.2%,使本工作面上隅角瓦斯?jié)舛认陆?.1%左右;瓦斯抽放泵抽放,抽放出口瓦斯?jié)舛?.8% ～1.8%,使上隅角瓦斯?jié)舛认陆?.1%左右。

8304 工作面作為取締均壓的試點(diǎn)工作面,通過實(shí)施以上五項(xiàng)綜合措施治理,從開采至停采,上隅角及回風(fēng)巷氣體濃度均保持在安全標(biāo)準(zhǔn)濃度范圍之內(nèi),上隅角瓦斯?jié)舛仍?.1% ～0.7%,氧氣濃度為19% ～20%。經(jīng)8304 工作面開采實(shí)踐證明,作為取締均壓系統(tǒng)所采取的一系列治理措施,取得顯著效果。

5 結(jié)論

為了提高礦井瓦斯治理能力,減少甚至取消均壓通風(fēng)應(yīng)用,忻州窯礦在8304 工作面采用采取綜合瓦斯治理措對瓦斯進(jìn)行治理?，F(xiàn)場應(yīng)用后采面各位置瓦斯?jié)舛染诎踩秶鷥?nèi),可確保煤巖回采安全。研究成果可為礦井其他工作面瓦斯治理提供經(jīng)驗(yàn)借鑒。