關(guān)于召開(kāi) 2024 山西省煤炭學(xué)會(huì)煤礦智能化委員會(huì)年會(huì)暨千人智庫(kù)科創(chuàng)服務(wù)站工作會(huì)的通知

陽(yáng)煤四礦是一個(gè)開(kāi)采百年的老礦，是陽(yáng)煤集團(tuán)開(kāi)采時(shí)間最長(zhǎng)的礦井。15^#煤層屬易自燃煤層，發(fā)火期一般在6-12個(gè)月，在過(guò)去的正常生產(chǎn)中，幾乎都出現(xiàn)過(guò)自燃發(fā)火的征兆。陽(yáng)煤四礦由于開(kāi)采時(shí)間久，礦井資源已枯竭，現(xiàn)已進(jìn)入回收殘采階段。為了保障殘采工作面生產(chǎn)的安全，有必要對(duì)回收殘采工作面的瓦斯涌出、CO氣體涌出規(guī)律及通風(fēng)系統(tǒng)調(diào)整時(shí)對(duì)回收礦井壓力變化情況進(jìn)行研究，通過(guò)研究，為殘采工作面解決瓦斯問(wèn)題和防止自然發(fā)火提供理論依據(jù)。

1、周邊小煤窯對(duì)回收礦井殘采工作面的危害性。

礦井周圍的小窯遍布，多時(shí)達(dá)30多個(gè)，在礦井正常作業(yè)期間就多次發(fā)生過(guò)越界、瓦斯涌出及自然發(fā)火等影響。礦井現(xiàn)進(jìn)入回收殘采階段，多在大巷煤柱和已采區(qū)之間的煤柱進(jìn)行回收作業(yè)，由于周圍的已采區(qū)空巷較多，且許多空巷與小煤窯的巷道連通，使目前礦井的回收工作受到了很大影響，主要表現(xiàn)在：瓦斯、CO氣體涌出的不確定性、自然發(fā)火和瓦斯爆炸的危險(xiǎn)等方面。

1990年3月，由于西河小窯的自燃，導(dǎo)致四礦東井出現(xiàn)明火和一氧化碳?xì)怏w。東井是礦井的主運(yùn)輸大巷，作為礦井的一個(gè)進(jìn)風(fēng)井，給全礦的安全生產(chǎn)造成極大的隱患。由于火區(qū)周圍都為采空區(qū)，所以未能徹底處理火災(zāi)的影響，到現(xiàn)在東井時(shí)有高溫出現(xiàn)，仍是礦井的一大隱患。

2、殘采工作面的瓦斯涌出規(guī)律

    生產(chǎn)礦井進(jìn)入后期開(kāi)采時(shí)，老空區(qū)的瓦斯涌出大于初、中期時(shí)的瓦斯涌出。由于陽(yáng)煤四礦開(kāi)采年限長(zhǎng)，已采區(qū)、老空區(qū)較多，而且周邊緊鄰前莊、石卜咀、立新功等小窯，有些老空區(qū)已與這些周邊小窯的采空區(qū)連通。所以，當(dāng)?shù)V井進(jìn)入殘采階段時(shí)，工作面的瓦斯涌出大部分來(lái)源于采空區(qū)，本煤層、鄰近層瓦斯涌出只占一小部分。

     2003年10月，四礦進(jìn)入殘采回收階段，以炭窯溝π放面為例，來(lái)研究殘采工作面的瓦斯涌出規(guī)律。

炭窯溝π放面在推進(jìn)到10m時(shí)，回風(fēng)落山角瓦斯?jié)舛葹?.5%，回風(fēng)瓦斯?jié)舛葹?.3%，涌出量0.96m³/min；當(dāng)工作面推進(jìn)15m時(shí)，回風(fēng)落山角瓦斯?jié)舛葹?.0%，進(jìn)風(fēng)順槽中部頂板也發(fā)現(xiàn)出瓦斯，濃度為0.8%，進(jìn)風(fēng)上隅角處也發(fā)現(xiàn)出瓦斯，濃度為0.5%，并有少量的一氧化碳涌出，回風(fēng)瓦斯?jié)舛冗_(dá)0.8%，涌出量達(dá)2.56 m³/min。發(fā)現(xiàn)異常情況后，經(jīng)研究這是由于工作面的采動(dòng)影響，煤體不斷破碎，工作面的進(jìn)風(fēng)順槽和工作面的采空區(qū)與周邊的老空區(qū)產(chǎn)生大量的裂隙，賦存于其中的瓦斯不同程度地沿裂隙涌出。瓦斯涌出時(shí)大時(shí)小，時(shí)有時(shí)無(wú)，成不規(guī)律涌出，經(jīng)研究采取噴漿方法處理，工作面繼續(xù)推進(jìn)到50m后,工作面進(jìn)風(fēng)順槽和進(jìn)風(fēng)上隅角不再出瓦斯，回風(fēng)落山角瓦斯?jié)舛冉禐?.5%，回風(fēng)瓦斯降為0.2%，涌出量為0.64 m³/min。

通過(guò)對(duì)炭窯溝π放面觀察發(fā)現(xiàn)，由于被周圍許多小窯的老空區(qū)包圍著，使礦井的瓦斯和一氧化碳涌出具有很大的不穩(wěn)定和不確定性，加大了對(duì)礦井的危害和影響。礦井瓦斯涌出量采掘工作面占20%，老空區(qū)占了80%。

根據(jù)對(duì)2004--2005年的礦井瓦斯資料分析得采掘及采空區(qū)瓦斯涌出比率見(jiàn)表1。

表1   礦井瓦斯來(lái)源分析

從上表可以看出，四礦的瓦斯來(lái)源主要是老空區(qū)的涌出，占了全礦的80%以上。

3、殘采工作面CO涌出規(guī)律及火區(qū)變化規(guī)律

殘采工作面CO的涌出規(guī)律與殘采工作面瓦斯涌出規(guī)律有相同之處，隨著開(kāi)采后期采空區(qū)的增大，采空區(qū)范圍的擴(kuò)大和受氧面積的擴(kuò)大，以及礦井內(nèi)老火區(qū)等因素的影響，且隨著殘采回收工作面在掘進(jìn)與回采過(guò)程中頻繁地與連通已采區(qū)的舊巷貫通，定會(huì)引起采空區(qū)及老火區(qū)內(nèi)的變化，使CO呈現(xiàn)出不間斷并且逐漸增大的涌出。

4、殘采工作面通風(fēng)安全保障技術(shù)研究

2004年2月10日，由于前莊小窯發(fā)生自燃發(fā)火事故其產(chǎn)生的CO氣體通過(guò)越界連通巷道向我礦南下山地區(qū)大量涌入，直接影響全礦的生產(chǎn)系統(tǒng)，迫使礦井停產(chǎn)。為了盡快恢復(fù)生產(chǎn)，抑制CO的涌入，我們先后采取了局部反風(fēng)、水封等多種措施，但總是堵了這邊，那邊又出來(lái)，不能根本上控制。經(jīng)過(guò)認(rèn)真的分析和研究，認(rèn)為：不論采取哪種方法，只堵不是解決問(wèn)題的最好辦法，而應(yīng)在治理的同時(shí)，還應(yīng)進(jìn)行合理的疏導(dǎo)，使CO氣體有一個(gè)合理的流向，并保持其系統(tǒng)的穩(wěn)定才是最佳的方案。

為此，我們重新制定了“局部調(diào)壓加合理的通風(fēng)系統(tǒng)疏導(dǎo)”的處理方案。首先提高CO泄出點(diǎn)范圍的壓力，利用增高的壓力克服礦井一部分壓力。為此，在南下山正、付巷（18采區(qū)回風(fēng)）一橫貫以南各做一道風(fēng)卡，然后將做為18區(qū)進(jìn)風(fēng)的8181皮帶巷口做了3道風(fēng)門(mén)，并將連通西二進(jìn)風(fēng)大巷和8181皮帶巷之間的橫貫打透，安設(shè)一臺(tái)2×45kw的局扇。利用局扇開(kāi)啟產(chǎn)生的壓力，將所控范圍內(nèi)的壓力升高，使這一地區(qū)的壓力與前莊小窯的壓力基本平衡，抑制CO氣體大面積涌出。局扇開(kāi)啟后，經(jīng)過(guò)測(cè)壓，整個(gè)工作面地區(qū)的壓力升高了20mmH₂O。其次是在CO涌出較大的地方開(kāi)通一個(gè)CO氣體的排放渠道，在8181回風(fēng)側(cè)的一處上層空巷（CO較大的地點(diǎn)）處前后15米套棚加固，中間填實(shí)黃土，完工后將此30米范圍全部進(jìn)行噴漿。在該工程施工時(shí)，提前將一趟ф266 mm的瓦斯管放置在上層空巷，一直連接到東四巖順坡下的回風(fēng)系統(tǒng)，使CO氣體沿瓦斯管路直接排到南下山正巷的采區(qū)回風(fēng)系統(tǒng)。這項(xiàng)工程再配合CO泄出點(diǎn)范圍內(nèi)的調(diào)壓氣室方案的實(shí)施，根本上解決了小窯CO對(duì)8181工作面的影響，恢復(fù)了礦井的生產(chǎn)。（詳見(jiàn)表2）

表2  南下山2#面調(diào)壓前后各參數(shù)變化

5．風(fēng)井逐漸封閉時(shí)，回收礦井殘采通風(fēng)安全保障技術(shù)    

炭窯溝風(fēng)井原是四礦較早的一個(gè)回風(fēng)井，安裝2臺(tái)2×570kw主扇，使用期間，主要服務(wù)于四礦井下18區(qū)南下山地區(qū)。18采區(qū)回采結(jié)束后，風(fēng)機(jī)停運(yùn)。風(fēng)井經(jīng)過(guò)改造成為了礦井的一個(gè)進(jìn)風(fēng)井口。

    炭窯溝風(fēng)井做為原礦井的一個(gè)主回風(fēng)井，在風(fēng)井的周圍有很大一塊保護(hù)煤柱，這塊資源相對(duì)于已宣告破產(chǎn)，正在進(jìn)行殘采回收的礦井來(lái)說(shuō)，無(wú)疑是相當(dāng)可觀的?；厥者@塊煤柱，就必須先對(duì)位于其上方的炭窯溝風(fēng)井進(jìn)行封閉，以保證工作面采過(guò)風(fēng)井，造成風(fēng)井垮落后，不出現(xiàn)向工作面落山倒送風(fēng)的情況出現(xiàn)。封閉風(fēng)井，又會(huì)造成井下通風(fēng)壓力的變化，給工作面瓦斯和井下火區(qū)帶來(lái)相應(yīng)的變化，所以在封閉風(fēng)井的同時(shí)，需要認(rèn)真分析預(yù)測(cè)掌握好通風(fēng)壓力的變化，保證現(xiàn)有進(jìn)風(fēng)井之間的均壓平衡。

    四礦現(xiàn)有1個(gè)回風(fēng)井，4個(gè)進(jìn)風(fēng)井，礦井總風(fēng)量4100m³/min。        炭窯溝風(fēng)井為四礦4個(gè)進(jìn)風(fēng)井之一，進(jìn)風(fēng)量為1650m³/min，占全井進(jìn)風(fēng)量為40%，它的封閉會(huì)造成全井通風(fēng)壓力的變化，尤其對(duì)東西井的火區(qū)產(chǎn)生較大的影響。

    東西井是四礦兩個(gè)進(jìn)風(fēng)井，也是礦井的運(yùn)輸主動(dòng)脈。西井擔(dān)負(fù)著全井的材料和人員的運(yùn)輸、東井擔(dān)負(fù)著全井的原煤運(yùn)輸。

    由于東井周圍西河小窯發(fā)生的自燃發(fā)火，導(dǎo)致了四礦東井皮帶巷的自燃，雖經(jīng)多年和采取多種方法處理，都無(wú)法根除火災(zāi)的影響，高溫點(diǎn)時(shí)時(shí)不斷出現(xiàn)，目前采取注粉煤灰和注水控制著火區(qū)的蔓延和擴(kuò)大。

    炭窯溝進(jìn)風(fēng)井封閉，導(dǎo)致的礦井壓力變化，定會(huì)對(duì)東西井火區(qū)的壓力帶來(lái)相應(yīng)的變化，有可能對(duì)東西井目前相對(duì)穩(wěn)定的壓力產(chǎn)生較大的影響，從而使火區(qū)溫度升高，范圍擴(kuò)大。因而如何保證火區(qū)的穩(wěn)定和內(nèi)外部壓力的平衡是這項(xiàng)工作的重點(diǎn)。

    為了使風(fēng)井的封閉工程能夠安全順利的完成，我們做了大量的準(zhǔn)備工作，并進(jìn)行了井筒封閉試驗(yàn)。試驗(yàn)前，首先對(duì)東西井和炭窯溝進(jìn)行了壓力測(cè)量，測(cè)得東井17.9mmH₂O，西井電車巷20.1mmH₂O之后，在炭窯溝風(fēng)井內(nèi)做了兩道板墻進(jìn)行封閉。封閉后測(cè)得炭窯溝入風(fēng)為120m³/min130入風(fēng)井1040m³/min比原來(lái)增加500m³/min，東井入風(fēng)488m³/min，基本沒(méi)有變化。西井入風(fēng)1625m³/min，比原來(lái)增加350m³/min。西井壓力為18.9mmH₂O，礦井通風(fēng)壓力2250Pa。

負(fù)壓的升高必將使火區(qū)的漏風(fēng)加大，增加向火區(qū)的供氧量，使CO氣體增加，不利于火區(qū)的控制和管理。要保證礦井的安全生產(chǎn)和運(yùn)輸，就必須控制火區(qū)范圍的擴(kuò)大。為此我們采取措施來(lái)升高東西井的壓力：①縮小電車巷的斷面，增加巷道的通風(fēng)阻力，以提高電車巷段的壓力。電車巷斷面為11m²，在電車大巷做了一道風(fēng)卡，減少巷道的三分二斷面。②在東井尾輪做了一道全斷面風(fēng)卡進(jìn)行了風(fēng)量的總控，將整個(gè)東井巷道處在升壓范圍內(nèi)，抑制CO氣體的涌出。

炭窯溝風(fēng)井封嚴(yán)后，主扇運(yùn)轉(zhuǎn)正常，扇風(fēng)機(jī)的靜壓水柱為2250Pa（主扇運(yùn)行角度下調(diào)了5度），總回風(fēng)量3350m³/min，炭窯溝風(fēng)量為120m³/min，其它進(jìn)風(fēng)井口進(jìn)風(fēng)量為1040m³/min，增加500m³/min，西井入風(fēng)1625m³/min，增加了350m³/min，東井488m³/min。變化不大，由于四礦東井火區(qū)與原井下的一個(gè)廢井口連通，而這個(gè)井口一直做為東井火區(qū)的一個(gè)CO排放通道。從前面的分析可知道，火區(qū)CO氣體空疏而不宣堵，而那個(gè)廢井筒正好做為一個(gè)排放點(diǎn)，在火風(fēng)壓的作用下，其負(fù)壓大于礦井負(fù)壓，CO氣體從廢井口泄出，因而東西井只有高溫而無(wú)CO氣體出現(xiàn)，根據(jù)風(fēng)壓平衡法和風(fēng)量平衡法的參照對(duì)比和實(shí)際壓力測(cè)定，炭窯溝封閉和主扇37度運(yùn)行時(shí)東西井火區(qū)負(fù)壓小于廢井口火區(qū)風(fēng)壓產(chǎn)生的負(fù)壓，東西井可基本保持原有狀態(tài)。  

表3  炭窯溝風(fēng)井封閉前后各參數(shù)變化

6．結(jié)  論

通過(guò)對(duì)回收礦井殘采工作面瓦斯涌出規(guī)律，煤層自燃發(fā)火影響及風(fēng)井封閉安全保障技術(shù)研究，得出以下結(jié)論。

    1）隨著礦井的萎縮和資源的枯竭，礦井進(jìn)入殘采后，由于已采區(qū)的增多，生產(chǎn)規(guī)模的縮小，瓦斯和一氧化碳的涌出有其特定的涌出規(guī)律。礦井瓦斯涌出采掘瓦斯涌出量占20%，老空區(qū)瓦斯涌出占80%，由于礦井被周圍許多小窯的越界開(kāi)采包圍，使礦井的瓦斯和一氧化碳涌出具有很大的不穩(wěn)定和不確定性，加大了對(duì)礦井的危害和影響。

    2）加強(qiáng)煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用，對(duì)CO和溫度的連續(xù)監(jiān)測(cè)，有利于火災(zāi)的早期預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)，為回收礦井殘采提供了有利的科技保障，因我們能迅速捕捉到礦井災(zāi)害信息并立即做出相應(yīng)的應(yīng)急措施，防止事故擴(kuò)大。

3）通過(guò)對(duì)南下山采區(qū)通風(fēng)壓力進(jìn)行局部調(diào)整，使南下山采區(qū)整體升壓20mmH₂O，采區(qū)升壓后，減輕了周圍小煤窯對(duì)現(xiàn)礦井生產(chǎn)采面的影響及危害，提高了采區(qū)安全保障能力。

4）通過(guò)對(duì)回收礦井風(fēng)井逐漸封閉對(duì)礦井瓦斯涌出及火區(qū)影響的研究，當(dāng)風(fēng)井逐漸封閉時(shí)，要逐漸調(diào)整整個(gè)礦井的通風(fēng)壓力分布，使生產(chǎn)采區(qū)及老火區(qū)的壓力平衡在原來(lái)壓差的基礎(chǔ)上，礦井瓦斯涌出及老火區(qū)才能穩(wěn)定，不影響礦井安全生產(chǎn)。

《陽(yáng)煤集團(tuán)四礦殘采安全保障技術(shù)》在陽(yáng)煤四礦應(yīng)用后，使四礦南下山采區(qū)近29萬(wàn)噸煤炭得到安全正常生產(chǎn)，又解放了炭窯溝周圍27萬(wàn)噸的煤量，合計(jì)創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益16800萬(wàn)元，還使礦井的服務(wù)年限延長(zhǎng)近3年。四礦已經(jīng)破產(chǎn)，礦井壽命的延長(zhǎng)，解決了目前近3000名職工的生活問(wèn)題。創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。其在殘采礦井瓦斯和自燃發(fā)火防治的治理上，必會(huì)得到廣泛使用。

參考文獻(xiàn)

1 高瓦斯綜放工作面火災(zāi)防治關(guān)鍵技術(shù)的研究. 研究報(bào)告. 煤炭科學(xué)研究總院重慶分院、陽(yáng)泉煤業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，1999年

2 淮南礦區(qū)煤層自然發(fā)火機(jī)理及綜合防治技術(shù)的研究. 研究報(bào)告. 淮南礦業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司、煤炭科學(xué)研究總院重慶分院，2001年

3 余明高. 陽(yáng)泉無(wú)煙煤自然發(fā)火機(jī)理的實(shí)驗(yàn)研究. 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)博士論文. 2000

4 穆滿根, 劉宏偉. 陽(yáng)泉三礦井田煤炭著火地質(zhì)因素分析. 中州煤炭. 2000.3

5 余明高, 黃之驄等. 火災(zāi)預(yù)報(bào)參量變化規(guī)律及其處理方法的研究. 礦業(yè)安全與環(huán)保. 1999.3

6 呂品. 煤炭自然發(fā)火指標(biāo)氣體的試驗(yàn)研究及其應(yīng)用. 中國(guó)煤炭. 2000.4. Vol.26, No.4

7 劉文成. 完善的礦井自燃火災(zāi)監(jiān)測(cè)系統(tǒng). 煤礦安全. 2000.4

8 杜志剛, 賀玉龍等. 陽(yáng)泉礦區(qū)綜防工作面著火的技術(shù)因素及對(duì)策. 煤炭科學(xué)技術(shù). 1999.11

9 徐承林, 李暉等. 巷道大冒頂區(qū)滅火技術(shù). 礦業(yè)安全與環(huán)保. Vol.28, No.4, 2001.8