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近距离煤层综采面初采期上隅角CO超限原因及治理

发布时间: 2022-11-10 10:00:05 来源:网友投稿

摘要:针对21113工作面初采期上隅角CO浓度异常升高现象,分析了超限原因,提出了“停止回采→封面注氮→启封排氮→均压通风开采”的多项阶段性技术措施,取得了良好的治理效果。

关键词:近距离煤层;薄层间距;综采工作面;CO超限

1 工程概况

21113工作面为井工二矿11#煤第10个工作面,工作面长130m,推进长度900m。西为21109工作面(正在回采),北为露天矿边帮保护煤柱,南为9煤辅运大巷,东为断层发育带,上部为9#煤29211工作面采空区。21113工作面在9#煤层采空区下,层间距平均4.8m,埋深平均190m。工作面采用倾斜长壁后退式综合机械化采煤法,设计采高3.3m,开采石炭系上统太原组11#煤层,属自燃煤层,自燃发火等级Ⅱ级,发火期3~6个月。煤厚平均3.7m,顶板为砂质泥岩。

2 CO异常升高过程及原因分析

(1)工作面有害气体情况。

1月27日早班工作面老顶初次垮落,监测到机头回风隅角CO浓度270ppm,主运巷回风流CO浓度40ppm,面内CO浓度241ppm。1月27日至2月4日,工作面CO浓度不断升高,回风隅角CO浓度最高524ppm,平均369.7ppm;回风流CO浓度最高91ppm,平均67.5ppm。

(2)CO浓度异常升高原因分析。

a.CO浓度异常升高发生在工作面顶板初次垮落之后,考虑到9#煤采空区下3.9~4.8m的薄层间距,顶板垮落后极易和9#煤层采空区沟通。由此可知,CO来自上部9#煤层采空区。

b.工作面采用U型负压通风,顶板初次垮落后形成“泄压”作用,导致上部煤层采空区有害气体下泄,有害气体极易聚积在回风隅角。

c.井田内存在9煤废弃小窑,小窑房式开采时遗煤较多,煤层埋深浅且为自燃煤层,在地表漏风作用下,小窑采空区出现不同程度的煤层自燃。另外,上覆29211工作面巷道掘进时曾揭露过小窑巷道,小窑火区的高浓度CO气体串入29211采空区。21113工作面顶板初次垮落后形成漏风通道,9煤采空区高浓度CO气体涌入21113工作面采空区,造成气体超限。

3 CO異常升高治理方案

(1)停止回采。

1月27日起停止回采21113工作面,适当加快21109工作面回采,待21109工作面安全回撤后再进行21113工作面启封回采工作。

(2)工作面封闭注氮。

注氮封闭:

a.在距工作面50m处主、辅运巷分别设置板闭,用快速密闭材料喷涂,确保密闭墙不漏风。

b.工作面辅运、主运巷要同时构筑板墙,首先封闭主运巷,再封闭辅运巷;封闭期间,两巷道的局部通风机开启,确保施工人员安全。

c.封闭结束后,密闭墙前20m巷道顶帮围岩喷浆,防止围岩裂隙作为有害气体外泄通道。

d.加强封闭期间有害气体检查,每周利用束管抽取气样化验分析工作面隅角、板墙外的气体变化情况,必要时每天化验分析气体情况。

e.封闭注氮期间,加强相邻21109工作面气体监测及密闭墙、巷道漏风及有毒有害气体检测,预防有害气体扩散进入相邻工作面采空区。

f.封闭注氮期间,做好工作面两顺槽顶板巡查,防止压力过大压坏密闭墙,一旦发现密闭墙损坏漏风时,及时退回5m补打密闭墙。

(3)工作面启封和排氮。

启封地点:主、辅运巷距工作面煤壁50m的两处密闭;排放流经线路:21113工作面→21113主运顺槽→9煤回风大巷→回风井。

a.启封前一天,停止向工作面采空区注氮,确保各种仪器、仪表能够正常使用,同时准备好再次封闭工作面的应急封闭材料。

b.锁风探查:在密闭墙的左上角拆除两块木板,形成一个不大于0.5m2的孔洞,检查密闭墙内有害气体浓度、温度、压差等参数,观察是否有异常现象。无异常时,先使风筒偏离孔洞,然后逐渐靠近,确保慢慢供风,严禁“一风吹”。

c.启封排氮:启封主、辅运顺槽内的密闭墙同时进行,当工作面进、回风流区域CO浓度小于24ppm、O2浓度大于18%、瓦斯浓度小于1%、CO2浓度小于1.5%时,由小口通风逐渐扩大开口直至进、回风巷板闭全部拆除。

(4)均压通风防系统。构筑均压通风系统:

①辅运巷安设4台2*37KW风机(2运、2备),具备“双风机、双电源、自动切换”功能。

②辅运巷构筑三道4.0×3m均压风门,风门间距为15m。

③主运巷构筑三道均压调节风窗(预留风门)、间距6m,调节风窗与皮带处设置挡风帘。

④主运巷调节风窗(最外部)侧安装水柱计,建立测压系统,随时观测、掌握压力情况。

均压通风相关参数:

①工作面需风量:维持原设计风量不变,即Q=1165m3/min;

②单台风机吸风量Q吸=280800m3/min,两台风机的风量为5601600m3/min。

③工作面供风量:

Q吸=1600m3/min>1165m3/min,符合要求。

④风机选型:根据风量和工作风压,选择4台(2用2备)FBDNo7.1/2×37型智能变频式局部通风机即可满足工作面供风要求,风机参数见下表。

风机技术特征表

型号功率(kW)电压(V)全风压(Pa)全风量(m3/min)

FBDNo7.1/2×372×376608906630398785

(5)封闭注氮治理效果。

2月6日至3月15日监测数据:主运巷密闭墙内CO浓度由1284ppm下降至10ppm;辅运巷密闭墙内CO浓度由1030ppm下降至3ppm。工作面封闭区域CO浓度显著下降,注氮效果良好,有效的抑制了上层采空区有害气体下泄。

4 结语

受小窑采空区遗煤自燃影响,井工二矿在9#煤层采空区下开采21113工作面过程中面临CO浓度异常升高的安全威胁,通过采用工作面封闭注氮、建立均压通风系统等综合防治措施,能够有效的抑制上层采空区有害气体下泄,为工作面安全开采提供保障。另外,和采用探测火源位置、注浆隔离CO源的治理方案相比,节约近千万元开采成本。

作者简介:牛晋斌(1986),男,山西晋城人,助工,现在门克庆煤矿综采队工作。

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