综放工作面上隅角CO超限治理技术研究

2021-01-21乔慧珍

山西能源学院学报 2021年6期

关键词：漏风

乔慧珍

【摘要】文章针对综放工作面上隅角CO浓度超限问题，采用风路风压、风量数据考察分析的方法得出工作面漏风点，采用定点注浆的方法进行防灭火，效果明显。研究结果表明：1.漏风点为3#测点和4#测点之间;2.综合防治措施为喷洒阻化剂、注入黄泥浆、设置风幕;3.治理效果明显，措施实施后上隅角30天内未出现CO浓度超限现象，温度未超过32℃。研究方法和结果对于类似矿井上隅角CO浓度超限具有一定指导意义。

【关键词】 CO浓度;漏风;阻化剂;黄泥浆;风幕

【中图分类号】 TD728 【文献标识码】 A 【文章编号】 2096-4102（2021）06-0004-03

矿井回采过程中，上隅角CO浓度超限问题已得到广泛关注，我国相关领域专家学者针对该问题已经做过大量研究。李光针对采空区中煤自燃发火规律及关键防治技术展开了研究，分析了采空区内煤炭自燃发火的原因和防治方法。梅胜凯针对刘庄矿综采工作面采空区煤自燃问题进行了研究，采用注浆技术进行了防灭火;侯钦元针对载铜吸附剂消除工作面上隅角CO浓度超限问题进行了研究。之前的研究主要针对于某项技术应用研究或机理研究，整体治理措施单一，对上隅角CO浓度超限原因未进行系统分析。为解决山西某矿5107工作面上隅角CO浓度超限的问题，本文现进行理论分析，制定综合措施并进行后期考察研究。研究结果对其他类似矿井工作面上隅角CO浓度超限问题的解决具有一定指导意义和现实意义。

1工程概况

山西某矿5107工作面主采煤层为5#煤层，平均厚度6m，煤层自然发火倾向性为Ⅰ级，为易自燃煤层。目前5107工作面采用综合机械化放顶煤采煤法，一次采高3m，放顶3m，回采率达到82%。

2工作面CO浓度、风量及风压测定

5107工作面回采过程中，上隅角CO浓度经常超限，在回采的180天时间里，CO浓度超限6次，上隅角风流温度经常出现高温现象，180天内上隅角CO浓度和温度统计结果如图1所示。

为研究工作面位置出现CO浓度超限，且温度过高的现象，现对工作面风路中的风量、风压、CO浓度进行测定，测点布置如图2所示。

测得各个测点风量、风压、CO浓度数据如表1所示。

根据各个测点风量、风压、CO浓度数据统计分析，1#测点-2#测点间，风量降低了90m3/min，风压降低了0.1kPa，CO浓度未发生变化;2#测点-3#测点间，风量降低了80m3/min，风压降低了0.02kPa，CO浓度升高了0.0001%;3#测点-4#测点间，风量降低了420m3/min，风压降低了0.88kPa，CO浓度升高了0.0027%;4#测点-5#测点间，风量降低了10m3/min，风压降低了0.01kPa，CO浓度升高了0.0001%。风量、风压、CO浓度均在3#测点-4#测点间出现突变现象，因此可以断定，该区域为主要发火区域。整个工作面出现风量损耗600m3/min，风压损耗1.01kPa，因此推断，工作面漏风严重，也是导致发火的主要原因。

3 CO超限解决方案

通过分析5107工作面上隅角CO浓度超限原因可知，导致CO浓度超限的原因为3#测点-4#测点间发生了遗煤自燃，且工作面风压压降过大，导致漏风严重。因此制定的措施有：工作面喷洒阻化剂;3#测点-4#测点之间打钻注入黄泥浆;实施均压通风技术。

3.1阻化剂

高分子阻化剂（MEA-1）泡沫灭火机理为：封闭效果、窒息效果和冷却效果。高分子阻化剂泡沫可将高温煤层和氧气隔离，使得被包裹区域形成独立空间，氧气无法进入，具有封闭作用;高分子阻化剂配合氮气泡沫降低了区域内氧气浓度，起到窒息作用;高分子阻化剂为液体，附着在煤体上，煤体表面水分蒸发，带走大量热量，因此起到冷却效果。

3.2注入黄泥浆

在3#测点-4#测点间施工钻孔，注入黄泥浆，钻孔参数如表2所示。

钻孔设计如图3所示。

采空区内孔隙率为30%，计算注入黄泥浆403.2m3。

注入黄泥浆量计算公式如下：

式中，Q——注入黄泥浆量，m3;

a——注入黄泥浆区域宽度，m;取10m

b——注入黄泥浆区域长度，m;取20m

h——注入黄泥浆区域高度，m;取6m

[φ]——采空区内空隙率，30%

[α]——安全系数，取经验值1.12

施工完成钻孔后采用运输顺槽原先布置的注浆泵将黄泥浆注入该区域。

3.3均压通风技术

由于工作面区域风压降低过大，因此可以通过降低运输顺槽风压的方式降低工作面运输顺槽区域风压，具体措施为在运输顺槽设置风幕，风幕的设置可以将原先运输顺槽18m2断面减小到15m2，由于回风顺槽高度3m，宽度5m，断面面积为15m2，风压和断面面积呈反比，因此将断面缩小至回风巷断面大小，可保证风路中风压一致，从而降低风路中的风压降。风幕施工图如图4所示。

4效果考察

通过在5107工作面喷洒阻化剂，在工作面3#测點-4#测点间注入黄泥浆，设置挡幕后，对工作面上隅角温度、CO浓度进行为期30天的考察，并对工作面风压、风量数据进行对比，结果如图5、图6所示。

由图5可知，通过实施均压措施及其他措施后，工作面位置整体风量损耗和压降均未出现大幅降低，可以推断工作面未出现漏风现象，综合措施的实施控制了工作面漏风现象。

由图6可知，综合措施实施完成后，工作面上隅角CO浓度均未出现超限情况，最大浓度为0.0018%，温度最高时为22℃。现场无冒烟现象。

5总结

山西某矿5107工作面上隅角CO浓度超限严重，通过对工作面风量、压力分测点进行测试，分析浓度超限原因，制定综合治理措施，得出以下结论：

5107工作面180天内CO浓度超限6次，3#测点-4#测点之间风压、风量、CO浓度波动最大，断定该区域为发火区;

制定的防灭火措施为工作面喷洒阻化剂，3#测点-4#测点间注入黄泥浆，运输顺槽设置风幕。

通过综合治理措施的实施，工作面上隅角30天内未出现温度过高的现象，CO浓度未出现超限的现象，工作面风压、风量降低平缓，未出现漏风现象。

【参考文献】

[1]赵学文.倾斜煤层窄煤柱工作面瓦斯运移规律及防治技术研究[D].西安：西安科技大学，2020.

[2]康文杰.宁夏羊场湾矿小煤柱工作面煤自燃规律及防灭火技术研究[D].北京：中国矿业大学，2020.