陽煤集團四礦殘采安全保障技術

陽煤四礦是一個開采百年的老礦，是陽煤集團開采時間最長的礦井。15^#煤層屬易自燃煤層，發火期一般在6-12個月，在過去的正常生產中，幾乎都出現過自燃發火的征兆。陽煤四礦由於開采時間久，礦井資源已枯竭，現已進入回收殘采階段。為了保障殘采工作麵生產的安全，有必要對回收殘采工作麵的瓦斯湧出、CO氣體湧出規律及通風係統調整時對回收礦井壓力變化情況進行研究，通過研究，為殘采工作麵解決瓦斯問題和防止自然發火提供理論依據。

1、周邊小煤窯對回收礦井殘采工作麵的危害性。

礦井周圍的小窯遍布，多時達30多個，在礦井正常作業期間就多次發生過越界、瓦斯湧出及自然發火等影響。礦井現進入回收殘采階段，多在大巷煤柱和已采區之間的煤柱進行回收作業，由於周圍的已采區空巷較多，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，主要表現在：瓦斯、CO氣體湧出的不確定性、自然發火和瓦斯爆炸的危險等方麵。

1990年3月，由於西河小窯的自燃，導致四礦東井出現明火和一氧化碳氣體。東井是礦井的主運輸大巷，作為礦井的一個進風井，給全礦的安全生產造成極大的隱患。由於火區周圍都為采空區，所以未能徹底處理火災的影響，到現在東井時有高溫出現，仍是礦井的一大隱患。

2、殘采工作麵的瓦斯湧出規律

生產礦井進入後期開采時，老空區的瓦斯湧出大於初、中期時的瓦斯湧出。由於陽煤四礦開采年限長，已采區、老空區較多，而且周邊緊鄰前莊、石卜咀、立新功等小窯，有些老空區已與這些周邊小窯的采空區連通。所以，當礦井進入殘采階段時，工作麵的瓦斯湧出大部分來源於采空區，本煤層、鄰近層瓦斯湧出隻占一小部分。

2003年10月，四礦進入殘采回收階段，以炭窯溝π放麵為例，來研究殘采工作麵的瓦斯湧出規律。

炭窯溝π放麵在推進到 10m 時，回風落山角瓦斯濃度為0.5%，回風瓦斯濃度為0.3%，湧出量 0.96m ³ /min；當工作麵推進 15m 時，回風落山角瓦斯濃度為1.0%，進風順槽中部頂板也發現出瓦斯，濃度為0.8%，進風上隅角處也發現出瓦斯，濃度為0.5%，並有少量的一氧化碳湧出，回風瓦斯濃度達0.8%，湧出量達 2.56 m ³ /min。發現異常情況後，經研究這是由於工作麵的采動影響，煤體不斷破碎，工作麵的進風順槽和工作麵的采空區與周邊的老空區產生大量的裂隙，賦存於其中的瓦斯不同程度地沿裂隙湧出。瓦斯湧出時大時小，時有時無，成不規律湧出，經研究采取噴漿方法處理，工作麵繼續推進到 50m 後,工作麵進風順槽和進風上隅角不再出瓦斯，回風落山角瓦斯濃度降為0.5%，回風瓦斯降為0.2%，湧出量為 0.64 m ³ /min。

通過對炭窯溝π放麵觀察發現，由於被周圍許多小窯的老空區包圍著，使礦井的瓦斯和一氧化碳湧出具有很大的不穩定和不確定性，加大了對礦井的危害和影響。礦井瓦斯湧出量采掘工作麵占20%，老空區占了80%。

根據對2004--2005年的礦井瓦斯資料03manbetx 得采掘及采空區瓦斯湧出比率見表1。

表1 礦井瓦斯來源03manbetx

礦井

全公司

采掘瓦斯量

老空區及其它瓦斯湧出量

m³/min

占有比率%

m³/min

占有比率%

四礦一井

11.96

2.36

19.73

9.6

80.27

從上表可以看出，四礦的瓦斯來源主要是老空區的湧出，占了全礦的80%以上。

3、殘采工作麵CO湧出規律及火區變化規律

殘采工作麵CO的湧出規律與殘采工作麵瓦斯湧出規律有相同之處，隨著開采後期采空區的增大，采空區範圍的擴大和受氧麵積的擴大，以及礦井內老火區等因素的影響，且隨著殘采回收工作麵在掘進與回采過程中頻繁地與連通已采區的舊巷貫通，定會引起采空區及老火區內的變化，使CO呈現出不間斷並且逐漸增大的湧出。

4、殘采工作麵通風安全保障技術研究

2004年2月10日 ，由於前莊小窯發生自燃發火02manbetx.com 其產生的CO氣體通過越界連通巷道向我礦南下山地區大量湧入，直接影響全礦的生產係統，迫使礦井停產。為了盡快恢複生產，抑製CO的湧入，我們先後采取了局部反風、水封等多種措施，但總是堵了這邊，那邊又出來，不能根本上控製。經過認真的03manbetx 和研究，認為：不論采取哪種方法，隻堵不是解決問題的最好辦法，而應在治理的同時，還應進行合理的疏導，使CO氣體有一個合理的流向，並保持其係統的穩定才是最佳的方案。

為此，我們重新製定了“局部調壓加合理的通風係統疏導”的處理方案。首先提高CO泄出點範圍的壓力，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采區回風）一橫貫以南各做一道風卡，然後將做為18區進風的8181皮帶巷口做了3道風門，並將連通西二進風大巷和8181皮帶巷之間的橫貫打透，安設一台2×45kw的局扇。利用局扇開啟產生的壓力，將所控範圍內的壓力升高，使這一地區的壓力與前莊小窯的壓力基本平衡，抑製CO氣體大麵積湧出。局扇開啟後，經過測壓，整個工作麵地區的壓力升高了20mmH₂O。其次是在CO湧出較大的地方開通一個CO氣體的排放渠道，在8181回風側的一處上層空巷（CO較大的地點）處前後 15米 套棚加固，中間填實黃土，完工後將此 30米 範圍全部進行噴漿。在該工程施工時，提前將一趟ф 266 mm 的瓦斯管放置在上層空巷，一直連接到東四岩順坡下的回風係統，使CO氣體沿瓦斯管路直接排到南下山正巷的采區回風係統。這項工程再配合CO泄出點範圍內的調壓氣室方案的實施，根本上解決了小窯CO對8181工作麵的影響，恢複了礦井的生產。（詳見表2）

表2 南下山2#麵調壓前後各參數變化

地點

調壓前

調壓後

壓力mmH₂O

CO%

風量m³/min

壓力mmH₂O

CO%

風量m³/min

南下山正巷以北

38.9

0

220

21.8

0

0

南下山副巷以北

-20.4

0.0023

666

13.9

0.0002

0

2麵進風

18.7

0.0001

380

37.8

0

240

2麵回風

17.9

0.03

386

41.7

0.0012

242

皮帶巷口

5.4

0

680

19.5

0

240

5．風井逐漸封閉時，回收礦井殘采通風安全保障技術

炭窯溝風井原是四礦較早的一個回風井，安裝2台2×570kw主扇，使用期間，主要服務於四礦井下18區南下山地區。18采區回采結束後，風機停運。風井經過改造成為了礦井的一個進風井口。

炭窯溝風井做為原礦井的一個主回風井，在風井的周圍有很大一塊保護煤柱，這塊資源相對於已宣告破產，正在進行殘采回收的礦井來說，無疑是相當可觀的。回收這塊煤柱，就必須先對位於其上方的炭窯溝風井進行封閉，以保證工作麵采過風井，造成風井垮落後，不出現向工作麵落山倒送風的情況出現。封閉風井，又會造成井下通風壓力的變化，給工作麵瓦斯和井下火區帶來相應的變化，所以在封閉風井的同時，需要認真03manbetx 預測掌握好通風壓力的變化，保證現有進風井之間的均壓平衡。

四礦現有1個回風井，4個進風井，礦井總風量 4100m ³ /min。 炭窯溝風井為四礦4個進風井之一，進風量為 1650m ³ /min，占全井進風量為40%，它的封閉會造成全井通風壓力的變化，尤其對東西井的火區產生較大的影響。

東西井是四礦兩個進風井，也是礦井的運輸主動脈。西井擔負著全井的材料和人員的運輸、東井擔負著全井的原煤運輸。

由於東井周圍西河小窯發生的自燃發火，導致了四礦東井皮帶巷的自燃，雖經多年和采取多種方法處理，都無法根除火災的影響，高溫點時時不斷出現，目前采取注粉煤灰和注水控製著火區的蔓延和擴大。

炭窯溝進風井封閉，導致的礦井壓力變化，定會對東西井火區的壓力帶來相應的變化，有可能對東西井目前相對穩定的壓力產生較大的影響，從而使火區溫度升高，範圍擴大。因而如何保證火區的穩定和內外部壓力的平衡是這項工作的重點。

為了使風井的封閉工程能夠安全順利的完成，我們做了大量的準備工作，並進行了井筒封閉試驗。試驗前，首先對東西井和炭窯溝進行了壓力測量，測得東井17.9mmH₂O，西井電車巷20.1mmH₂O之後，在炭窯溝風井內做了兩道板牆進行封閉。封閉後測得炭窯溝入風為 120m ³ /min130入風井 1040m ³ /min比原來增加 500m ³ /min，東井入風 488m ³ /min，基本沒有變化。西井入風 1625m ³ /min，比原來增加 350m ³ /min。西井壓力為18.9mmH₂O，礦井通風壓力2250Pa。

負壓的升高必將使火區的漏風加大，增加向火區的供氧量，使CO氣體增加，不利於火區的控製和管理。要保證礦井的安全生產和運輸，就必須控製火區範圍的擴大。為此我們采取措施來升高東西井的壓力：①縮小電車巷的斷麵，增加巷道的通風阻力，以提高電車巷段的壓力。電車巷斷麵為 11m ² ，在電車大巷做了一道風卡，減少巷道的三分二斷麵。②在東井尾輪做了一道全斷麵風卡進行了風量的總控，將整個東井巷道處在升壓範圍內，抑製CO氣體的湧出。

炭窯溝風井封嚴後，主扇運轉正常，扇風機的靜壓水柱為2250Pa（主扇運行角度下調了5度），總回風量 3350m ³ /min，炭窯溝風量為 120m ³ /min，其它進風井口進風量為 1040m ³ /min，增加 500m ³ /min，西井入風 1625m ³ /min，增加了 350m ³ /min，東井 488m ³ /min。變化不大，由於四礦東井火區與原井下的一個廢井口連通，而這個井口一直做為東井火區的一個CO排放通道。從前麵的分析可知道，火區CO氣體空疏而不宣堵，而那個廢井筒正好做為一個排放點，在火風壓的作用下，其負壓大於礦井負壓，CO氣體從廢井口泄出，因而東西井隻有高溫而無CO氣體出現，根據風壓平衡法和風量平衡法的參照對比和實際壓力測定，炭窯溝封閉和主扇37度運行時東西井火區負壓小於廢井口火區風壓產生的負壓，東西井可基本保持原有狀態。

表3 炭窯溝風井封閉前後各參數變化

地點

封閉前

封閉後

壓力mmH₂O

風量m³/min

壓力mmH₂O

風量m³/min

東井矽整流室以南

17.9

585

5.6

488

西井矽整流室以南

17.4

1278

3.2

1625

電車巷

20.1

1193

2.6

1504

炭窯溝

15.3

1650

4.5

0

二坑總進

13.3

560

6.7

1040

6．結 論

通過對回收礦井殘采工作麵瓦斯湧出規律，煤層自燃發火影響及風井封閉安全保障技術研究，得出以下結論。

1）隨著礦井的萎縮和資源的枯竭，礦井進入殘采後，由於已采區的增多，生產規模的縮小，瓦斯和一氧化碳的湧出有其特定的湧出規律。礦井瓦斯湧出采掘瓦斯湧出量占20%，老空區瓦斯湧出占80%，由於礦井被周圍許多小窯的越界開采包圍，使礦井的瓦斯和一氧化碳湧出具有很大的不穩定和不確定性，加大了對礦井的危害和影響。

2）加強煤礦安全監控係統的應用，對CO和溫度的連續監測，有利於火災的早期預測預報，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害信息並立即做出相應的應急措施，防止02manbetx.com 擴大。

3）通過對南下山采區通風壓力進行局部調整，使南下山采區整體升壓20mmH₂O，采區升壓後，減輕了周圍小煤窯對現礦井生產采麵的影響及危害，提高了采區安全保障能力。

4）通過對回收礦井風井逐漸封閉對礦井瓦斯湧出及火區影響的研究，當風井逐漸封閉時，要逐漸調整整個礦井的通風壓力分布，使生產采區及老火區的壓力平衡在原來壓差的基礎上，礦井瓦斯湧出及老火區才能穩定，不影響礦井安全生產。

《陽煤集團四礦殘采安全保障技術》在陽煤四礦應用後，使四礦南下山采區近29萬噸煤炭得到安全正常生產，又解放了炭窯溝周圍27萬噸的煤量，合計創造經濟效益16800萬元，還使礦井的服務年限延長近3年。四礦已經破產，礦井壽命的延長，解決了目前近3000名職工的生活問題。創造了良好的經濟和社會效益。其在殘采礦井瓦斯和自燃發火防治的治理上，必會得到廣泛使用。

參考文獻

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