康龍龍

（山西焦煤西山煤電東曲礦）

據(jù)統(tǒng)計，2022年我國工業(yè)原煤產(chǎn)量已達(dá)45.6 億t［1］，與2021 年相比增加了9%［2］。但隨著淺部煤層的逐漸開采殆盡［3］，原煤產(chǎn)量的逐漸上升即代表煤層的開采深度也逐漸加深［4］，這無形中對煤礦的安全生產(chǎn)工作提出了更高的要求。本文基于礦井已有的資料對東曲煤礦29204 工作面的通風(fēng)系統(tǒng)和瓦斯治理系統(tǒng)進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計，以期對煤礦安全措施的制定提供一定的參考。

1 工作面概況

東曲煤礦29204 工作面位于+860 水平二采區(qū)9#煤層，該工作面北東為+860 水平二采區(qū)邊界回風(fēng)巷，北西為28202 低抽巷，南東為28206 低抽巷，南西為+860 總回風(fēng)巷，上方為28204 工作面（已回采）。29204 工作面所回采9#煤層屬上石炭統(tǒng)太原組煤層，結(jié)構(gòu)簡單，煤層厚度變化不大，屬穩(wěn)定煤層。煤層厚度1.9～2.8 m，平均2.47 m。29204 工作面走向長度1 210、1 221 m，傾斜長為141 m，軌順巷道斷面13.02 m2，皮帶順槽巷道斷面13.95 m2，切眼斷面為21.08 m2。29204 工作面整體呈單斜構(gòu)造，在回采過程中預(yù)計揭露斷層5 條，對回采有一定影響，該工作面區(qū)域有2 處陷落柱，對回采無影響。水文地質(zhì)條件簡單，不受地表水、小窯老空水影響，頂板為砂質(zhì)泥巖，為相對隔水層，不含水，對回采無影響，因此需要對該工作面的通風(fēng)系統(tǒng)和瓦斯治理系統(tǒng)進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計。

2 29204工作面通風(fēng)系統(tǒng)

2.1 工作面U型通風(fēng)系統(tǒng)

根據(jù)《東曲煤礦瓦斯涌出量預(yù)測》，預(yù)計29204 工作面回采期間最大絕對瓦斯涌出量為4 m3/min，相對瓦斯涌出量1.77 m3/t。工作面采用U 型通風(fēng)系統(tǒng)，軌道順槽進(jìn)風(fēng)，皮帶順槽回風(fēng)。

2.2 工作面通風(fēng)、反風(fēng)系統(tǒng)

新鮮風(fēng)流：西平硐—下水平猴車暗斜井—+860東翼軌道巷—二采3#聯(lián)絡(luò)巷帶—聯(lián)絡(luò)巷—29204 軌道順槽—工作面。

污濁風(fēng)流: 工作面—29204 皮帶順槽—29204 皮順回風(fēng)聯(lián)絡(luò)巷—+860總回風(fēng)巷—+860水平下組煤總回風(fēng)巷—長峪溝回風(fēng)井—地面。

2.3 需風(fēng)量計算

2.3.1 按氣象條件計算

按照氣象條件計算需風(fēng)量Qcf1為

式中，Vcf為工作面風(fēng)速，取1.0 m/s；S為工作面的平均有效斷面積，取13.888 m2；Kh為采高系數(shù)，取1.2；Kl為長度系數(shù)，取1。

計算得出需風(fēng)量為700 m3/min。

2.3.2 按瓦斯涌出量計算

29204 工作面回采時，預(yù)計絕對瓦斯涌出量4 m3/min，其中瓦斯抽采量1 m3/min，風(fēng)排瓦斯量3 m3/min，按照瓦斯涌出量計算需風(fēng)量Qcf2為

式中，Qcg為回風(fēng)巷絕對瓦斯涌出量，m3/min；Kcg為瓦斯涌出不均勻備用風(fēng)量系數(shù)，取1.70。

計算得出需風(fēng)量為638 m3/min。

2.3.3 按照二氧化碳涌出量計算

按照氣象條件計算需風(fēng)量Qcf3為

式中，qcc為絕對CO2涌出量，m3/min；Kcc為備用風(fēng)量系數(shù)，取1.20。

計算得出需風(fēng)量為96 m3/min。

2.3.4 按人數(shù)計算

按人數(shù)條件計算需風(fēng)量Qcf4為

式中，Ncf采煤工作面同時作業(yè)的最多人數(shù)，取40人。

計算得出需風(fēng)量為160 m3/min。

根據(jù)4種需風(fēng)量計算，取以上計算結(jié)果的最大值700m3/min為29204工作面的實際需要風(fēng)量。

2.4 風(fēng)速驗算

驗算最小風(fēng)量：

式中，h為采高，取3.1m；Smin為最小有效斷面積，m2；Lmin最小控頂距，取4.08 m。

驗算最大風(fēng)量：

式中，Smax為最大有效斷面積，m2；Lmax為最大控頂距，取4.88 m；

通過驗算可知，159 m3/min＜700 m3/min＜2 656 m3/min。因此，29204 工作面實際需要風(fēng)量取700 m3/min即可以滿足工作面風(fēng)速要求。

3 瓦斯治理方案

3.1 設(shè)置瓦檢員

在煤礦生產(chǎn)期間，每班需安排瓦檢員至少檢查3次工作面及回風(fēng)流中瓦斯?jié)舛?，同時需檢查各類傳感器及安全防護(hù)裝置的運(yùn)行狀況，如發(fā)現(xiàn)異常狀況應(yīng)馬上向調(diào)度室匯報［5］。瓦檢員在工作過程中需嚴(yán)格遵守瓦檢員崗位責(zé)任制及其他各類安全操作規(guī)程，在其巡檢過程中要如實填寫各類表格，同時需要將檢查結(jié)果告知井下負(fù)責(zé)人［6］。瓦檢員在檢查過程中如發(fā)現(xiàn)瓦斯?jié)舛瘸霈F(xiàn)異常，應(yīng)當(dāng)迅速安排現(xiàn)場員工撤離至安全地點(diǎn)，并向調(diào)度室匯報，按照預(yù)設(shè)方案解決瓦斯?jié)舛犬惓栴}，直至瓦斯?jié)舛然謴?fù)正常方可繼續(xù)作業(yè)。當(dāng)班瓦檢員與上班瓦檢員應(yīng)現(xiàn)場交接，在交接時需準(zhǔn)確描述是否存在問題及其他各類隱患。

3.2 瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測

在工作面進(jìn)風(fēng)流及上隅角布置甲烷傳感器。如果檢測到瓦斯?jié)舛瘸^0.8%時，應(yīng)當(dāng)立即停止作業(yè)，關(guān)閉區(qū)域內(nèi)所有電源并組織人員撤離至安全地點(diǎn)，之后由礦總工程師組織通風(fēng)、安監(jiān)等部門進(jìn)行聯(lián)合調(diào)查，采取相應(yīng)的措施并使瓦斯?jié)舛冉档揭?guī)定值后才可繼續(xù)生產(chǎn)［7］。每班下井的隊長及其他技術(shù)人員需攜帶便攜式瓦斯檢測儀，隨時對現(xiàn)場瓦斯?jié)舛冗M(jìn)行測量。通風(fēng)隊要保證各用風(fēng)地點(diǎn)的風(fēng)量滿足要求，并定期進(jìn)行核查。放炮作業(yè)前要制定相應(yīng)的安全措施，并落實一炮三檢制度［8］。

3.3 瓦斯抽采

由于29204 工作面采用U 型通風(fēng)系統(tǒng)，根據(jù)工作面瓦斯抽采方案的要求，在29204皮帶順槽布置一趟上隅角抽采管路。上隅角插管抽采沿29204 皮帶順槽距巷道頂板120 mm，采用鋼絲繩加管卡的方式吊掛在巷道的右?guī)?。?dāng)管路安裝到距工作面30 m 的位置，采用φ500 mm 彈簧風(fēng)筒延伸到端頭液壓支架側(cè)護(hù)板，跟隨工作面回采支架移挪收縮風(fēng)筒抽采。當(dāng)工作面超前支護(hù)與抽采管路接觸時，拆除20 m 抽采管路，確保管路末端距工作面30 m，并調(diào)整彈簧風(fēng)筒的長度，保證上隅角抽采的穩(wěn)定。

在20204 皮帶順槽布置瓦斯抽采系統(tǒng)，沿著巷道鋪設(shè)瓦斯抽采管路，使用絕緣工具將抽采管路固定在距離頂板和巷幫300 mm的位置。在抽采管路上每間隔100 m 安裝一處接地裝置，此接地裝置的電阻值應(yīng)小于80 Ω。在瓦斯抽采管路的出口位置應(yīng)安裝各類監(jiān)測傳感器、流量計以及安全裝置等。

所有的瓦斯抽采管路上都應(yīng)配備各類傳感器，監(jiān)測瓦斯?jié)舛?、流量，一氧化碳濃度、流量等參?shù)，且傳感器要定期組織專門人員進(jìn)行檢查，核查其運(yùn)行情況、檢測準(zhǔn)確度等，以防其失效或出現(xiàn)較大誤差而造成其他嚴(yán)重后果。

3.4 綜合防突措施

3.4.1 區(qū)域防突措施

3.4.1.1 突出危險性預(yù)測

根據(jù)《西山煤電（集團(tuán)）有限責(zé)任公司東曲礦9#煤層煤與瓦斯突出危險性區(qū)域預(yù)測報告》，29204 工作面無突出危險性。

在工作面回采的過程中，需每隔1 段距離進(jìn)行1次區(qū)域驗證［9］。如果結(jié)果顯示無突出危險，則采取相應(yīng)防護(hù)措施后即可回采；如果結(jié)果顯示有突出危險，應(yīng)該立即實施工作面防突措施，且之后的采掘作業(yè)必須采取局部綜合防突措施。

3.4.1.2 區(qū)域驗證

驗證方法為鉆屑瓦斯解吸指標(biāo)法，指標(biāo)為鉆屑瓦斯解吸指標(biāo)K1值和鉆屑量S值。

施工驗證鉆孔時根據(jù)工作面實際情況使用手持式風(fēng)動鉆機(jī)或手持式乳化液鉆機(jī)，配套φ42 mm 鉆桿和φ45 mm 鉆頭。進(jìn)行區(qū)域驗證時，在29204 切眼每隔15 m 施工1 個孔徑為42 mm、深10 m 的驗證孔，鉆孔與回采方向平行。29204 切眼長136 m，每次區(qū)域驗證至少需施工9個驗證孔。鉆孔時，測定每米的鉆屑量S，同時隔2 m測定一次指標(biāo)K1。

在工作面回采過程中，若連續(xù)2次驗證結(jié)果為無突出危險，保留2 m 的預(yù)測超前距進(jìn)行回采（允許回采進(jìn)度為8 m）。從第三次區(qū)域驗證開始，每天進(jìn)行1次區(qū)域驗證。在構(gòu)造破壞帶連續(xù)進(jìn)行區(qū)域驗證。區(qū)域驗證納入工作面正常作業(yè)工序，在確保滿足上述所有條件的前提下，每天在檢修班進(jìn)行。

若指標(biāo)K1和S的測定結(jié)果均處于安全范圍內(nèi)，在回采過程中未見突出隱患，即可認(rèn)定該區(qū)段無突出危險；在回采過程中有突出隱患出現(xiàn)，則認(rèn)定該工作面有突出危險性，在工作面回采的過程中需實施相應(yīng)的防突措施。若指標(biāo)K1或S的測定結(jié)果未處于安全范圍，則認(rèn)定該工作面有突出危險性，在工作面回采的過程中需實施相應(yīng)的防突措施。

3.4.2 局部防突措施

3.4.2.1 突出危險性預(yù)測

預(yù)測的方法及判斷標(biāo)準(zhǔn)與區(qū)域驗證相同，預(yù)測無危險后回采8m 繼續(xù)進(jìn)行預(yù)測，以此循環(huán)。在工作面推進(jìn)的過程中，如發(fā)現(xiàn)地層結(jié)構(gòu)不連續(xù)，必須采取防突措施后才能繼續(xù)回采。

3.4.2.2 工作面防突措施

根據(jù)《防治煤與瓦斯突出細(xì)則》第一百零二條可知，如預(yù)測結(jié)果顯示有突出危險性，可在工作面前方打鉆孔預(yù)抽瓦斯以消除突出危險性。

在29204 切眼施工2 排孔徑75 mm、孔深15 m 的排放孔，縱向間距1 m，橫向間距5 m，排放孔施工完成后必須預(yù)抽瓦斯4 h以上。

鉆孔時應(yīng)使用氣動架柱式鉆機(jī)或鉆進(jìn)能力相當(dāng)?shù)你@機(jī)，配套φ69mm 鉆桿和φ75mm 鉆頭。鉆孔在控制范圍內(nèi)應(yīng)均勻布置，煤層地質(zhì)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)異常時，必須了解具體情況，酌情修改鉆孔參數(shù)并報總工程師批準(zhǔn)后實施。

3.4.2.3 防突措施檢驗

鉆孔預(yù)抽煤層瓦斯之后，應(yīng)對其防突效果進(jìn)行檢驗，檢驗的原則與預(yù)測的方法相同。

檢驗孔與預(yù)測孔、預(yù)抽孔不能交叉或連通。檢驗所得指標(biāo)均處于安全范圍內(nèi)時，且在回采過程中無突出隱患出現(xiàn)時，可以認(rèn)為防突措施發(fā)揮了作用。若指標(biāo)K1或S的測定結(jié)果未處于安全范圍，則認(rèn)定防突措施未發(fā)揮作用，此時可繼續(xù)進(jìn)行回采；若在回采過程中有突出隱患出現(xiàn)，也認(rèn)定防突措施未發(fā)揮作用，此時必須采取其他防突措施，直至指標(biāo)測定結(jié)果處于安全范圍。

3.4.3 安全防護(hù)措施

已建成的+860 水平東翼永久避難硐室服務(wù)于29204 工作面所在的采區(qū)。+860 水平東翼永久避難硐室位于+860水平石門和+860水平東翼軌道巷連接處，設(shè)計長度80 m，可容納100人避險。

29204 軌道順槽掘進(jìn)期間安設(shè)2 個臨時避難硐室，分別位于450、950 m 處。29204 皮帶順槽掘進(jìn)期間安設(shè)2 個臨時避難硐室，分別位于400、800 m 處。工作面回采前應(yīng)對避難硐室支護(hù)進(jìn)行修繕，對內(nèi)部設(shè)施進(jìn)行維護(hù)，確?？烧Ｊ褂谩１茈y硐室必須噴漿處理，噴漿厚度不小于100 mm；避難硐室的面積必須大于每人0.5 m2的標(biāo)準(zhǔn)，其大門應(yīng)設(shè)計為向外開啟，且平時處于常開狀態(tài)；避難硐室內(nèi)應(yīng)有與外界保持通訊聯(lián)絡(luò)的設(shè)備，同時配備供氧、供水以及食物，且其數(shù)量必須能夠滿足工作面所有人避難的需求。

工作面回風(fēng)順槽與進(jìn)風(fēng)巷間的聯(lián)絡(luò)巷安設(shè)1 組（2道）反向風(fēng)門。構(gòu)筑風(fēng)門的墻體其厚度應(yīng)大于800 mm，墻體四周應(yīng)深入巖體至少500 mm，2道風(fēng)門間隔需在4 m 以上。如果有輸送機(jī)、軌道等設(shè)施通過風(fēng)門，必須設(shè)置安全設(shè)施。工作面內(nèi)有人員進(jìn)行工作時，反向風(fēng)門必須處于開通狀態(tài)。

在工作面回采過程中，如需進(jìn)行爆破作業(yè)，必須按照爆破作業(yè)操作規(guī)程進(jìn)行操作，選擇遠(yuǎn)距離爆破方法進(jìn)行作業(yè)，在爆破作業(yè)的過程中需采取一定的防護(hù)措施。爆破地點(diǎn)與工作面之間距離應(yīng)在100 m以上，同時撤離工作面的人員并斷電，在爆破作業(yè)結(jié)束30 min 之后，需進(jìn)入工作面檢驗是否存在安全隱患，確認(rèn)全部安全之后，方可恢復(fù)生產(chǎn)。

井下安設(shè)壓風(fēng)自救裝置的位置有距離工作面30 m 左右的巷道內(nèi)、爆破作業(yè)位置、爆破作業(yè)時人員集中位置、與地面聯(lián)絡(luò)的硐室、回風(fēng)巷中需要人員作業(yè)的地點(diǎn)。1 組壓風(fēng)自救裝置可供多人共同使用，且平均到每個人的供風(fēng)量應(yīng)在0.1 m3/min以上。

4 監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)

4.1 監(jiān)控設(shè)備

29204 工作面監(jiān)控設(shè)備共計安設(shè)各類傳感器21臺，6臺工作面瓦斯傳感器、3臺一氧化碳傳感器、1臺溫度傳感器、1臺煙霧傳感器、1臺風(fēng)速傳感器、1臺風(fēng)向傳感器、1臺粉塵傳感器、3臺設(shè)備開停傳感器、1臺饋電傳感器、1臺斷電傳感器、1臺風(fēng)門語音傳感器、1臺機(jī)載斷電儀。

4.2 傳感器安設(shè)

29204工作面進(jìn)風(fēng)流距進(jìn)風(fēng)巷口10～15 m處設(shè)甲烷和風(fēng)向傳感器；切眼10 m 內(nèi)設(shè)甲烷傳感器；工作面上隅角回風(fēng)流設(shè)甲烷傳感器、一氧化碳傳感器；工作面回風(fēng)流距工作面10 m 內(nèi)設(shè)甲烷傳感器；工作面回風(fēng)流距工作面煤壁30 m 內(nèi)設(shè)粉塵傳感器；工作面回風(fēng)流距回風(fēng)巷口10～15 m 處設(shè)甲烷傳感器、一氧化碳傳感器、溫度傳感器、風(fēng)速傳感器；回風(fēng)順槽中部設(shè)甲烷傳感器；皮帶頭的下風(fēng)側(cè)10～15 m 處安裝一氧化碳、煙霧傳感器。工作面探頭吊掛位置距頂不大于300 mm，距幫不小于200 mm。

4.3 監(jiān)測監(jiān)控

當(dāng)甲烷傳感器、一氧化碳傳感器等其他傳感器監(jiān)測到空氣成分及濃度出現(xiàn)異常狀況時，應(yīng)當(dāng)立即停止作業(yè)并將工作面人員全部撤離至安全區(qū)域，同時及時向地面調(diào)度室匯報，若瓦斯?jié)舛瘸霈F(xiàn)異常時，在進(jìn)行上述操作的同時還應(yīng)切斷電源，防止引起瓦斯或粉塵爆炸［10］。安排專人按照操作規(guī)程解決空氣成分濃度異常的問題后，在做好安全防護(hù)的前提下方可恢復(fù)生產(chǎn)。

4.4 應(yīng)用效果分析

29204 工作面在回采過程中，采用U 型通風(fēng)系統(tǒng)，制定了一系列瓦斯防治措施，同時布置了多組傳感器，實時監(jiān)測空氣中的CH4濃度、CO 濃度、粉塵濃度、風(fēng)速、溫度等參數(shù)。監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，工作面的平均粉塵濃度長期保持在160 mg/m3以下，平均CH4濃度長期保持在0.5%以下。這表明通風(fēng)及瓦斯防治系統(tǒng)在29204工作面應(yīng)用取得了較好的效果。

5 結(jié)語

（1）煤礦井下通風(fēng)系統(tǒng)對于人員安全和瓦斯防治有重要作用，完善的通風(fēng)系統(tǒng)能保障煤礦安全生產(chǎn)的順利進(jìn)行。東曲煤礦29204 工作面采用U 型通風(fēng)系統(tǒng)，軌道順槽進(jìn)風(fēng)，皮帶順槽回風(fēng)，需風(fēng)量為700 m3/min。

（2）制定瓦斯防治措施，通過設(shè)置瓦檢員、鋪設(shè)瓦斯抽采系統(tǒng)、落實區(qū)域防突措施、局部防突措施和安全防護(hù)措施來保證煤礦井下安全生產(chǎn)順利進(jìn)行。

（3）通過構(gòu)建監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)，并設(shè)置了多個傳感器實時監(jiān)測空氣中的有害氣體成分，根據(jù)監(jiān)測結(jié)果可知，29204 工作面通風(fēng)系統(tǒng)及瓦斯防治系統(tǒng)的應(yīng)用取得了較好的效果。