喬慧珍

【摘 要】 文章針對綜放工作面上隅角CO濃度超限問題，采用風(fēng)路風(fēng)壓、風(fēng)量數(shù)據(jù)考察分析的方法得出工作面漏風(fēng)點(diǎn)，采用定點(diǎn)注漿的方法進(jìn)行防滅火，效果明顯。研究結(jié)果表明：1.漏風(fēng)點(diǎn)為3#測點(diǎn)和4#測點(diǎn)之間;2.綜合防治措施為噴灑阻化劑、注入黃泥漿、設(shè)置風(fēng)幕;3.治理效果明顯，措施實(shí)施后上隅角30天內(nèi)未出現(xiàn)CO濃度超限現(xiàn)象，溫度未超過32℃。研究方法和結(jié)果對于類似礦井上隅角CO濃度超限具有一定指導(dǎo)意義。

【關(guān)鍵詞】 CO濃度;漏風(fēng);阻化劑;黃泥漿;風(fēng)幕

【中圖分類號】 TD728 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】 A 【文章編號】 2096-4102（2021）06-0004-03

礦井回采過程中，上隅角CO濃度超限問題已得到廣泛關(guān)注，我國相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜覍W(xué)者針對該問題已經(jīng)做過大量研究。李光針對采空區(qū)中煤自燃發(fā)火規(guī)律及關(guān)鍵防治技術(shù)展開了研究，分析了采空區(qū)內(nèi)煤炭自燃發(fā)火的原因和防治方法。梅勝凱針對劉莊礦綜采工作面采空區(qū)煤自燃問題進(jìn)行了研究，采用注漿技術(shù)進(jìn)行了防滅火;侯欽元針對載銅吸附劑消除工作面上隅角CO濃度超限問題進(jìn)行了研究。之前的研究主要針對于某項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用研究或機(jī)理研究，整體治理措施單一，對上隅角CO濃度超限原因未進(jìn)行系統(tǒng)分析。為解決山西某礦5107工作面上隅角CO濃度超限的問題，本文現(xiàn)進(jìn)行理論分析，制定綜合措施并進(jìn)行后期考察研究。研究結(jié)果對其他類似礦井工作面上隅角CO濃度超限問題的解決具有一定指導(dǎo)意義和現(xiàn)實(shí)意義。

1工程概況

山西某礦5107工作面主采煤層為5#煤層，平均厚度6m，煤層自然發(fā)火傾向性為Ⅰ級，為易自燃煤層。目前5107工作面采用綜合機(jī)械化放頂煤采煤法，一次采高3m，放頂3m，回采率達(dá)到82%。

2工作面CO濃度、風(fēng)量及風(fēng)壓測定

5107工作面回采過程中，上隅角CO濃度經(jīng)常超限，在回采的180天時(shí)間里，CO濃度超限6次，上隅角風(fēng)流溫度經(jīng)常出現(xiàn)高溫現(xiàn)象，180天內(nèi)上隅角CO濃度和溫度統(tǒng)計(jì)結(jié)果如圖1所示。

為研究工作面位置出現(xiàn)CO濃度超限，且溫度過高的現(xiàn)象，現(xiàn)對工作面風(fēng)路中的風(fēng)量、風(fēng)壓、CO濃度進(jìn)行測定，測點(diǎn)布置如圖2所示。

測得各個(gè)測點(diǎn)風(fēng)量、風(fēng)壓、CO濃度數(shù)據(jù)如表1所示。

根據(jù)各個(gè)測點(diǎn)風(fēng)量、風(fēng)壓、CO濃度數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，1#測點(diǎn)-2#測點(diǎn)間，風(fēng)量降低了90m3/min，風(fēng)壓降低了0.1kPa，CO濃度未發(fā)生變化;2#測點(diǎn)-3#測點(diǎn)間，風(fēng)量降低了80m3/min，風(fēng)壓降低了0.02kPa，CO濃度升高了0.0001%;3#測點(diǎn)-4#測點(diǎn)間，風(fēng)量降低了420m3/min，風(fēng)壓降低了0.88kPa，CO濃度升高了0.0027%;4#測點(diǎn)-5#測點(diǎn)間，風(fēng)量降低了10m3/min，風(fēng)壓降低了0.01kPa，CO濃度升高了0.0001%。風(fēng)量、風(fēng)壓、CO濃度均在3#測點(diǎn)-4#測點(diǎn)間出現(xiàn)突變現(xiàn)象，因此可以斷定，該區(qū)域?yàn)橹饕l(fā)火區(qū)域。整個(gè)工作面出現(xiàn)風(fēng)量損耗600m3/min，風(fēng)壓損耗1.01kPa，因此推斷，工作面漏風(fēng)嚴(yán)重，也是導(dǎo)致發(fā)火的主要原因。

3 CO超限解決方案

通過分析5107工作面上隅角CO濃度超限原因可知，導(dǎo)致CO濃度超限的原因?yàn)?#測點(diǎn)-4#測點(diǎn)間發(fā)生了遺煤自燃，且工作面風(fēng)壓壓降過大，導(dǎo)致漏風(fēng)嚴(yán)重。因此制定的措施有：工作面噴灑阻化劑;3#測點(diǎn)-4#測點(diǎn)之間打鉆注入黃泥漿;實(shí)施均壓通風(fēng)技術(shù)。

3.1阻化劑

高分子阻化劑（MEA-1）泡沫滅火機(jī)理為：封閉效果、窒息效果和冷卻效果。高分子阻化劑泡沫可將高溫煤層和氧氣隔離，使得被包裹區(qū)域形成獨(dú)立空間，氧氣無法進(jìn)入，具有封閉作用;高分子阻化劑配合氮?dú)馀菽档土藚^(qū)域內(nèi)氧氣濃度，起到窒息作用;高分子阻化劑為液體，附著在煤體上，煤體表面水分蒸發(fā)，帶走大量熱量，因此起到冷卻效果。

3.2注入黃泥漿

在3#測點(diǎn)-4#測點(diǎn)間施工鉆孔，注入黃泥漿，鉆孔參數(shù)如表2所示。

鉆孔設(shè)計(jì)如圖3所示。

采空區(qū)內(nèi)孔隙率為30%，計(jì)算注入黃泥漿403.2m3。

注入黃泥漿量計(jì)算公式如下：

式中，Q——注入黃泥漿量，m3;

a——注入黃泥漿區(qū)域?qū)挾?，m;取10m

b——注入黃泥漿區(qū)域長度，m;取20m

h——注入黃泥漿區(qū)域高度，m;取6m

[φ]——采空區(qū)內(nèi)空隙率，30%

[α]——安全系數(shù)，取經(jīng)驗(yàn)值1.12

施工完成鉆孔后采用運(yùn)輸順槽原先布置的注漿泵將黃泥漿注入該區(qū)域。

3.3均壓通風(fēng)技術(shù)

由于工作面區(qū)域風(fēng)壓降低過大，因此可以通過降低運(yùn)輸順槽風(fēng)壓的方式降低工作面運(yùn)輸順槽區(qū)域風(fēng)壓，具體措施為在運(yùn)輸順槽設(shè)置風(fēng)幕，風(fēng)幕的設(shè)置可以將原先運(yùn)輸順槽18m2斷面減小到15m2，由于回風(fēng)順槽高度3m，寬度5m，斷面面積為15m2，風(fēng)壓和斷面面積呈反比，因此將斷面縮小至回風(fēng)巷斷面大小，可保證風(fēng)路中風(fēng)壓一致，從而降低風(fēng)路中的風(fēng)壓降。風(fēng)幕施工圖如圖4所示。

4效果考察

通過在5107工作面噴灑阻化劑，在工作面3#測點(diǎn)-4#測點(diǎn)間注入黃泥漿，設(shè)置擋幕后，對工作面上隅角溫度、CO濃度進(jìn)行為期30天的考察，并對工作面風(fēng)壓、風(fēng)量數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，結(jié)果如圖5、圖6所示。

由圖5可知，通過實(shí)施均壓措施及其他措施后，工作面位置整體風(fēng)量損耗和壓降均未出現(xiàn)大幅降低，可以推斷工作面未出現(xiàn)漏風(fēng)現(xiàn)象，綜合措施的實(shí)施控制了工作面漏風(fēng)現(xiàn)象。

由圖6可知，綜合措施實(shí)施完成后，工作面上隅角CO濃度均未出現(xiàn)超限情況，最大濃度為0.0018%，溫度最高時(shí)為22℃?，F(xiàn)場無冒煙現(xiàn)象。

5總結(jié)

山西某礦5107工作面上隅角CO濃度超限嚴(yán)重，通過對工作面風(fēng)量、壓力分測點(diǎn)進(jìn)行測試，分析濃度超限原因，制定綜合治理措施，得出以下結(jié)論：

5107工作面180天內(nèi)CO濃度超限6次，3#測點(diǎn)-4#測點(diǎn)之間風(fēng)壓、風(fēng)量、CO濃度波動(dòng)最大，斷定該區(qū)域?yàn)榘l(fā)火區(qū);

制定的防滅火措施為工作面噴灑阻化劑，3#測點(diǎn)-4#測點(diǎn)間注入黃泥漿，運(yùn)輸順槽設(shè)置風(fēng)幕。

通過綜合治理措施的實(shí)施，工作面上隅角30天內(nèi)未出現(xiàn)溫度過高的現(xiàn)象，CO濃度未出現(xiàn)超限的現(xiàn)象，工作面風(fēng)壓、風(fēng)量降低平緩，未出現(xiàn)漏風(fēng)現(xiàn)象。

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