22306工作面均压通风

浅埋深易自燃煤层超大面积采空区综采工作面低氧防治技术1工作面概况补连塔煤矿22306工作面是22煤三盘区的第六个综采工作面，工作面宽度311.8m，推进长度4684m，地面标高1175.2～1305.1m，煤层底板标高1025.4～1066.1m，松散层厚度8～23m，上覆基岩厚度110～230m，埋深由回撤通道方向向切眼方向逐步变深，煤层平均厚度7.2m。其上覆为12煤采空区，层间距30～62m，平均47米，12煤采空区面积已达1200万m2,22煤采空区面积已达740万m2,回采期间12煤、22煤地面均出现裂缝，最宽处达1.3m。工作面绝对CH4涌出量为4.42m3/min，相对CH4涌出量为0.09m3/t，绝对CO2涌出量为7.92m3/min，相对CO2涌出量为0.16m3/t，属瓦斯矿井，煤尘爆炸指数为37%，煤层自燃倾向性为Ⅰ级容易自燃，发火期1个月。采用综合机械化开采，工作面共布置156台7m液压支架，一次采全高，全部垮落法管理顶板，通风方式为“U”型，具体见图1。（在22306工作面上覆为12煤三盘区采空区，右侧为22305采空区。）22307回顺22306工作面22306停采线22307停采线22307停采线22306运顺22306回顺22305运顺三盘区辅运巷联络巷联络巷三盘区集运巷三盘区回风巷三盘区尾巷22306停采线调节风窗调节风窗调节风窗双向风门密闭墙密闭墙采空区图122306工作面U型负压通风示意图2低氧现象及原因分析2.1低氧现象在22306工作面回采期间，出现了低氧现象，根据低氧范围的大小可将低氧表现形式分为三种：（1）回风隅角处低氧。回风隅角处O2低的表现形式类似于回风隅角处CH4浓度异常，工作面其他部分均正常，只有回风隅角处O2低，但与CH4浓度异常的差异在于CH4异常只是局部空间异常，常表现为回风隅角顶板处浓度较高、中下部浓度正常，而低氧的表现常为从顶板到底板O2浓度均较低。仅在回风隅角处发生低氧现象时，22306回风隅角处O2浓度在3～16%之间，通常低于12%，回风顺槽内低氧范围通常从回风隅角处起向前方回风顺槽5～6m范围内，宽度为安全出口的宽度，通常0.6～1.0m。（2）机尾处低氧。由于22306工作面刮板运输机机尾布置在回风顺槽内，回风隅角处低氧范围进一步扩大的条件下，导致机尾也处于低氧区域。低氧范围通常为回风隅角处向机头侧延伸4～8m，宽度为支架尾梁与掩护梁铰接处向回风顺槽方向延伸2～4m，回风隅角及其前方的低氧规律符合上述回风隅角处低氧的规律，其他区域的O2浓度在16～18%之间且较均匀。（3）工作面低氧。按照低氧范围，工作面低氧又分为三类：工作面270m～回风隅角处低氧，工作面200m～回风隅角处低氧，工作面40m～回风隅角处低氧（以进风顺槽回采帮与综采工作面交叉点为零点，向工作面方向延伸）。此三类低氧现象的共同特点是回风隅角和机尾处低氧现象符合上文中所述规律，其他区域的O2浓度在12～18%之间，O2浓度从机头侧向机尾侧渐低。2.2低氧原因分析（1）瓦斯赋存处于CO2～N2带。根据井田地质报告中瓦斯成分分析结果，N2为83.72～99.14%，平均97.71%，CH4为1.67～15.29%，CO2为0.85～5.33%，故可划分为CO2～N2带。根据22306采空区内气体成分分析，N2为91～96%，CO2为2.1～9.5%，CH4为0.1～0.5%，O2为2.2～5.4%，间接证明了瓦斯赋存处于CO2～N2带，瓦斯涌出的主要形式是N2涌出。（2）浅埋深开采的影响。补连塔矿各盘区内综采工作面虽然埋深不一，但回采过程中地表均出现裂缝，经过SF6漏风测试，地表裂缝均与采空区贯通，证明为浅埋深开采[8]。补连塔矿目前开采12煤四盘区、五盘区和22煤三盘区，四盘区埋深为190～230m，五盘区埋深为270～300m，上覆基岩、松散层状况与22煤三盘区基本一致，12煤工作面在回采期间出现回风隅角低氧现象，22306工作面回采至埋深为150～270m时出现回风隅角低氧现象，回采至埋深为120～150m时发生机尾处低氧和工作面低氧现象，证明低氧现象受埋深条件影响较大。（3）矿井负压通风的影响。矿井采用负压通风，由于浅埋深开采，采空区压力与大气压力相差不大，综采工作面压力比采空区压力低，当地表大气压力降低时，采空区气体向工作面涌出，造成低氧现象的产生。（4）超大面积采空区的影响。补连塔矿目前12煤四盘区的采空区面积已达860万m2,五盘区的采空区面积已达90万m2,三盘区两层煤总的采空区面积已达1940万m2,而低氧现象由重到轻为22煤三盘区、12煤四盘区、12煤五盘区，证明低氧现象受采空区面积影响较大。（5）受地表大气压变化的影响。通过观察发现，补连塔矿一日之内大气压最高值一般在2-5时，最低值一般在14-18时，这种大气压由高到低的变化易诱发低氧现象发生，当一日之内大气压呈下降趋势（即14-18时为当日大气压最低值）且下降压差超过400Pa时，开始出现低氧现象，并随着大气压差下降幅度的增加，低氧范围逐渐扩大。表1为2014年3-5月份22306工作面低氧现象与大气压变化的关系，据表可知，低氧现象均发生在一日内大气压差下降超过400Pa的时候，如下降达到600Pa左右则发生机尾低氧现象，下降达到800Pa左右则发生工作面低氧现象，下降达到900Pa时发生工作面40m～回风隅角处低氧现象。表122306工作面低氧现象与大气压变化关系Table1Relationshipbetweenhypoxiaandatmosphericpressureof22306workingface低氧日期3.233.253.264.14.64.94.144.164.224.274.294.305.5压差(hPa)(变化情况)5.8(下降)4.2(下降)5.1(下降)6.9(下降)7.3(下降)4.0(下降)8.4(下降)5.4(下降)7.2(下降)4.4(下降)7.7(下降)4.4(下降)9.1(下降)低氧范围机尾回风隅角回风隅角机尾工作面回风隅角工作面回风隅角机尾回风隅角工作面回风隅角工作面3低氧防治技术3.1堵漏技术由于浅埋深开采，地表大气压力的变化通过地表裂隙直接影响到采空区，进而影响综采工作面气体情况，因此堵漏对低氧防治意义较大[8]。堵漏包括地表堵漏和井下堵漏，地表堵漏指对地表产生的采动裂隙及时封堵，补连塔煤矿地表裂缝产生的特点之一是采动后不稳定时间较长，因此需要多次地表堵漏；井下堵漏一般采用封堵进、回风隅角的手段，由于综采工作面推进速度较快，平均达到10m/d，进、回风隅角堵漏工作较为困难，为此采用木点柱+风筒布+高分子材料的方式进行封堵[9][10]。3.2挡风帘引风技术挡风帘引风技术被广泛应用于回风隅角瓦斯治理，其实质是将综采工作面的风流引向回风隅角，加大回风隅角的风量，利用增大的风量稀释回风隅角的瓦斯[11][12]。常用的形式有工作面内安设挡风帘和回风顺槽内安设挡风帘两种，工作面内安设挡风帘有“一”字型和“L”字型两种，回风顺槽内安设挡风帘常用“一”字型。低氧治理中挡风帘引风技术和瓦斯治理中的挡风帘引风技术相同。3.3风动风机稀释技术利用风机将空气压向需风地点的作用有两个，一是增加风量稀释有害气体的浓度，二是增加风流流动速度以加快有害气体流通速度[13]。综采工作面用的风机有电动、风动和液压动力三种，电动风机的特点是供风量大，但在综采工作面中禁止吹回风隅角；风动和液动风机的特点是安全性高，但供风量小。22306工作面所用风动风机利用矿井压风系统做动力源，额定压力为0.72MPa，额定供风量为200m3/min，实际供风量为160m3/min。3.4钻孔泄压技术采空区压力高于工作面压力是低氧发生的原因之一，为此合理降低采空区压力是治理低氧的有效手段[14]。钻孔泄压指施工通向采空区的钻孔，钻孔上安设控制阀门，当工作面低氧现象发生时开启控制阀门，使采空区内的气体溢出，降低采空区内的压力，有时为了加快流通速度可在钻孔管路上安设抽排风机。对于22306工作面来说，钻孔泄压的地点有两处，一是在22307回顺泄22306采空区的压力，22307回顺泄压时常滞后22306综采工作面200m左右的距离；二是在22306回顺泄22305采空区的压力，22306回顺泄压常在回风口处，泄出的气体通过管路直接引向三盘区回风巷。3.5均压通风技术22306工作面均压技术为风机—风门联合均压技术[15][16]，其核心在于采取了2×75KW大功率均压风机，供风量可达3200m3/min以上[17]。根据回风流作业人员安全管控的不同，采取了22306工作面“U”型均压通风技术和22306工作面“Y”型均压通风技术。（1）22306工作面“U”型均压通风技术。概况来说，指22306运输顺槽、22307回风顺槽进风，22306回风顺槽回风，具体内容为：均压风机布置在22307主回撤通道，进风路线为三盘区辅运大巷—22307回风顺槽—22307辅回撤通道—回撤通道间1联巷—22307主回撤通道—均压风机，风流通过风机增加压力后流经22307回风顺槽、22306运输顺槽，一部分风流去三盘区尾巷，通过其内的均压风门调节风量，一部分风流去22306综采工作面，通过22305运输顺槽的均压风门调节22306综采工作面的风量。见图2。双向风门双向风门密闭墙密闭墙调节风窗调节风窗22307回顺22306工作面22306停采线22306运顺22306回顺22305运顺三盘区辅运巷联络巷三盘区集运巷三盘区回风巷三盘区尾巷均压风机均压风门均压风门22306停采线采空区图222306工作面U型均压通风示意图（2）22306工作面“Y”型均压通风技术。概况来说，指22306运输顺槽、22307回风顺槽、22306回风顺槽进风，三盘区尾巷回风，具体内容为：布置两套均压风机，一套布置在22306主回撤通道，通风路线为三盘区辅运大巷—22306回风顺槽—22306辅回撤通道—回撤通道间1联巷—22306主回撤通道—均压风机—22306回风顺槽—22306综采工作面—22307回风顺槽—三盘区尾巷；一套布置在22307主回撤通道，给22306运输顺槽和22307回风顺槽供风，两套风机通过调整叶片角度提供不同的风量，通过三盘区尾巷的均压风门控制总回风量。见图3。双向风门调节风窗双向风门调节风窗调节风窗22307回顺22306工作面22306停采线22306运顺22306回顺22305运顺三盘区辅运巷联络巷三盘区集运巷三盘区回风巷三盘区尾巷均压风机均压风门22306停采线均压风门均压风机采空区图322306工作面Y型均压通风示意图3.6其他技术为了有效的治理低氧，采取了监测监控、风机抽排、大气压监测机制和人员管控等技术[18][19]。监测监控技术指对工作面易低氧的区域设置了O2探头和防爆摄像头，通过数据传输在地面终端显示，设置专人进行24小时监护，监护低氧区域O2情况和人员出入情况，发现异常及时启动应急预案；风机抽排技术指对低氧区域设置抽排系统，及时抽出有害气体，减小低氧范围及浓度；大气压监测机制指地面设置专人观察大气压变化情况，出现大气压下降到易发生低氧的情况及时通知相关人员，提前做好低氧防治启动工作；人员管控指对低氧区域设置警戒，禁止人员入内[20]。通过采取上述综合管控技术，对于22306工作面的低氧情况的治理起到了有效的作用，在采取“U”型均压通风的条件下大气压下降700Pa时工作面仅发生回风隅角低氧现象，下降900Pa时发生机尾低氧现象，下降1020Pa时发生工作面40m至回风隅角处低氧现象；在采取“Y”型均压通风的条件下大气压变化对工作面氧气变化影响不大。4结语（1）22306工作面低氧可分为回风隅角低氧、机尾低氧和工作面低氧三种情况。（2）22306工作面低氧产生的原因主要是瓦斯赋存处于CO2～N2带、浅埋深开采、矿井采用负压通风、超大面积采空区和受地表大气压变化。（3）22306工作面低氧受地表大气压力变化情况影响较大，