近距离煤层群开采综采工作面均压通风防灭火技术研究

杜回东

（汾西矿业集团煤矿安全监察中心，山西 介休 032000）

引言

煤层（遗煤）自燃发火是矿井生产过程中需要重点解决的问题[1]。当开采煤层为近距离煤层群且煤层有自燃发火倾向性时，开采煤层采空区内顶底板裂隙会与邻近层采空区或者煤层导通，形成漏风通道，给采空区遗煤自燃发火防治工作开展带来显著制约影响[2-5]。近些年来，针对煤层自燃发火防治多采用注浆、均压通风、注氮、注凝胶等措施，并在现场取得较好的应用成果[6]。均压通风是防治综采工作面CO 超限的重要措施之一，是通过调压设备调整巷道内风压，从而均衡采空区区（火区）与采面巷道内风压，避免空气流动、交换，以便达到抑制煤层氧化自燃进程目的[7]。均压通风具有费用低、工程量小以及效果显著等优势。文中以山西某矿5303 综采工作面开采为工程背景，针对近距离煤层开采存在采空区漏风通道发育、采面内CO 超限问题，提出采用均压通风技术进行防灭火，现场取得较好应用成果。

1 工程概况

山西某矿为设计产能300 万t/a 的现代化矿井，现阶段开采集中在浅部的3#、5#及6#煤层，煤层厚度分别为6.32 m、3.75 m、2.73 m，煤层自燃发火倾向性均为II 类，底板岩性以粉砂岩、泥岩以及粗砂岩为主。3#、5#及6#煤层层间距分别为28.9 m、15.7 m。5303 综采工作面开采5#煤层，采面设计走向、倾向长度分别为780 m、156 m，5303 煤层上覆为3# 煤层3301、3303 采空区，由于3#煤层采用综放开采工艺，采空区内有部分遗煤。

5303 综采工作面在回采推进至650 m 时，受外界环境影响临时停采一个月，虽然采用常规的喷射阻化剂、降低采空区漏风以及适当降低采面供风量等措施，但是采面回风隅角仍监测到CO，浓度（体积分数，下同）最高可达75×10-6，通过束管监测5303 内CO浓度较低，一般在5×10-6以内。为确保采面后续回采安全，提出采用在采面后续生产过程中采用均压通风。

2 均压通风防灭火技术现场应用

2.1 技术原理

均压通风是调整采面内风量、风压分布，达到均衡回采巷道间、采面与采空区压差，减少漏风以及空气交换，以便达到抑制煤层自燃、惰化火区等目的。均压通风时常用的调风设备包括有局部通风机、风窗、风门等，一般在进风巷侧布置2 道风门、回风侧布置2 道调压风门，通过进风巷风门外侧的局部通风机向采面内供风，以便在回采巷道风门间、采面内形成正压通风区，形成均压通风环境。

2.2 现场布置方案

在5303 综采工作面进、回风巷分别布置通风构筑物，增加系统通风阻力，减少采面风量，在进风巷内布置局部通风机向采面内供风。

在5303 回风巷内布置2 道调压风门并在风门上安装铁质调节风窗（500 mm×1 200 mm），便于调控采面供风。在采面进风巷内先经带式输送机机头往后收缩20 m 并搭接一部带式输送机进行煤炭运输，后在进风巷内间隔5 m 布置2 道风门，风门墙体上预留800 mm 风筒硐；在刮板输送机通过风门位置采用旧胶带封堵从而减少漏风量；在轨道运输车场内安装2 台型号FBDYNo.6.3/2×30 kW 局部通风机（一备一用），风筒出口距离风门间距控制在2 m 以内。具体采面均压通风系统布置，如图1 所示。

图1 均压通风系统示意图

根据理论计算发现5303 综采工作面正常回采期间供风量应控制在500 m3/min，在通风过程中进风巷侧风量应适当大于回风巷侧，从而降低采空区以及邻近层有害气体向回采空间涌出。依据采面进、回风巷风压差，采面CO 浓度测定结果，对回风巷风门调节风窗开孔进行调整，确保在均压通风期间风量既可满足要求、回采巷道间风压差过大或者过小，确保采面通风稳定。

通过多次调节风门风窗，对采面通风进行调整，最终确定当采面进风巷与回风巷间风量差控制在20 m3/min，此时回风隅角位置CO 浓度控制在5×10-6以内，取得较好均压通风防灭火效果。

2.3 均压通风安全技术措施

在采面均压通风防灭火期间每班均对回风巷、上隅角、采空区以及采面内等位置CO 浓度进行检测，确保生产期间采面内CO 浓度始终在安全范围内，并根据测定有害气体浓度变化情况对两巷间风压及风量差进行调节。

在均压通风期间，为确保采面通风系统风压、风流可靠，应尽量减少人员通过风门频率，严禁无关人员非计划带起或者关闭风机，严禁2 道风门同时开启。一旦局部通风机停机停机时，应及时开且采面内风门确保工作面可正常通风。当发现CO 浓度超限时应立即将井下作业人员回撤至新鲜风流中，并采取适当的治理措施。

在均压通风期间应确保局部通风机供风量在500 m3/min 以上，当进、回风巷间风量差超过100 m3/min时必须调节回风巷风窗面积。

在均压通风期间随时监测采面上端头位置O2、CO、CH4等气体浓度，同时可通过开启压风喷雾装置稀释上端头CO 浓度并增加O2浓度。

2.4 其他辅助措施

在采面采用均压通风措施后，综合使用上部采空区注氮、上下端头封堵、提升回采速度以及强化地面裂隙封堵等措施，提高防灭火效果。在5303 回风巷内向巷道顶板布置钻孔，从而向上覆3301 采空区注入氮气；上下端头位置分别布置L 型风障，风障长度控制在15 m 以上，并与顶板、底板严密接触，减少采空区漏风量。参照矿井井上下对照图以及采掘工程平面图组织设备及人员对采空区对应的地表塌陷区进行回填，并派人巡检，发现裂隙及时封堵。

提高5303 回采工作面推进速度，将每天割5 刀提升至7 刀，尽可能缩短采面剩余区段开采时间。

3 防灭火效果分析

在5303 综采工作面采取以均压通风为核心的防灭火技术后，局部通风机始终保持正常工作，采面内通风系统保持稳定，均压通风期间采面进、回风巷间风压差稳定在5 Pa～10 Pa。

采面在均压通风防灭火期间，上覆3#煤层采空区内基本无CO 涌出，监测到采面回风上隅角CO 浓度降至5×10-6以内，且始终保持稳定，为采面回采安全创造良好条件。具体采面后续回采期间回风上隅角CO 浓度监测结果，如图2 所示。

图2 回风上隅角CO 浓度监测结果

4 结论

1）在近距离煤层群开采过程中，回采工作面采空区容易与邻近煤层或者邻近层采空区贯通，贯通裂隙形成漏风通道并增加采空区内遗煤自燃发火危险性。5303 综采工作面在回采期间发现回风隅角有CO 异常，而采空区内CO 浓度始终较低，确定采面回风隅角CO 来源主要为上覆3#煤层采空区。

2）为确保5303 综采工作面回采安全，提出采用以均压通风为主并辅助注氮、封堵漏风裂隙、提高推进速度等方式进行防灭火。现场应用后，5303 综采工作面回采期间回风隅角位置CO 浓度控制在5×10-6以内，实现了采面安全回采。