阳煤四矿是一个开采百年的老矿，是阳煤集团开采时间最长的矿井。15^#煤层属易自燃煤层，发火期一般在6-12个月，在过去的正常生产中，几乎都出现过自燃发火的征兆。阳煤四矿由于开采时间久，矿井资源已枯竭，现已进入回收残采阶段。为了保障残采工作面生产的安全，有必要对回收残采工作面的瓦斯涌出、CO气体涌出规律及通风系统调整时对回收矿井压力变化情况进行研究，通过研究，为残采工作面解决瓦斯问题和防止自然发火提供理论依据。

1、周边小煤窑对回收矿井残采工作面的危害性。

矿井周围的小窑遍布，多时达30多个，在矿井正常作业期间就多次发生过越界、瓦斯涌出及自然发火等影响。矿井现进入回收残采阶段，多在大巷煤柱和已采区之间的煤柱进行回收作业，由于周围的已采区空巷较多，且许多空巷与小煤窑的巷道连通，使目前矿井的回收工作受到了很大影响，主要表现在：瓦斯、CO气体涌出的不确定性、自然发火和瓦斯爆炸的危险等方面。

1990年3月，由于西河小窑的自燃，导致四矿东井出现明火和一氧化碳气体。东井是矿井的主运输大巷，作为矿井的一个进风井，给全矿的安全生产造成极大的隐患。由于火区周围都为采空区，所以未能彻底处理火灾的影响，到现在东井时有高温出现，仍是矿井的一大隐患。

2、残采工作面的瓦斯涌出规律

    生产矿井进入后期开采时，老空区的瓦斯涌出大于初、中期时的瓦斯涌出。由于阳煤四矿开采年限长，已采区、老空区较多，而且周边紧邻前庄、石卜咀、立新功等小窑，有些老空区已与这些周边小窑的采空区连通。所以，当矿井进入残采阶段时，工作面的瓦斯涌出大部分来源于采空区，本煤层、邻近层瓦斯涌出只占一小部分。

     2003年10月，四矿进入残采回收阶段，以炭窑沟π放面为例，来研究残采工作面的瓦斯涌出规律。

炭窑沟π放面在推进到10m时，回风落山角瓦斯浓度为0.5%，回风瓦斯浓度为0.3%，涌出量0.96m³/min；当工作面推进15m时，回风落山角瓦斯浓度为1.0%，进风顺槽中部顶板也发现出瓦斯，浓度为0.8%，进风上隅角处也发现出瓦斯，浓度为0.5%，并有少量的一氧化碳涌出，回风瓦斯浓度达0.8%，涌出量达2.56 m³/min。发现异常情况后，经研究这是由于工作面的采动影响，煤体不断破碎，工作面的进风顺槽和工作面的采空区与周边的老空区产生大量的裂隙，赋存于其中的瓦斯不同程度地沿裂隙涌出。瓦斯涌出时大时小，时有时无，成不规律涌出，经研究采取喷浆方法处理，工作面继续推进到50m后,工作面进风顺槽和进风上隅角不再出瓦斯，回风落山角瓦斯浓度降为0.5%，回风瓦斯降为0.2%，涌出量为0.64 m³/min。

通过对炭窑沟π放面观察发现，由于被周围许多小窑的老空区包围着，使矿井的瓦斯和一氧化碳涌出具有很大的不稳定和不确定性，加大了对矿井的危害和影响。矿井瓦斯涌出量采掘工作面占20%，老空区占了80%。

根据对2004--2005年的矿井瓦斯资料分析得采掘及采空区瓦斯涌出比率见表1。

表1   矿井瓦斯来源分析

矿井	全公司	采掘瓦斯量		老空区及其它瓦斯涌出量
		m3/min	占有比率%	m3/min	占有比率%
四矿一井	11.96	2.36	19.73	9.6	80.27

从上表可以看出，四矿的瓦斯来源主要是老空区的涌出，占了全矿的80%以上。

3、残采工作面CO涌出规律及火区变化规律

残采工作面CO的涌出规律与残采工作面瓦斯涌出规律有相同之处，随着开采后期采空区的增大，采空区范围的扩大和受氧面积的扩大，以及矿井内老火区等因素的影响，且随着残采回收工作面在掘进与回采过程中频繁地与连通已采区的旧巷贯通，定会引起采空区及老火区内的变化，使CO呈现出不间断并且逐渐增大的涌出。

4、残采工作面通风安全保障技术研究

2004年2月10日，由于前庄小窑发生自燃发火事故其产生的CO气体通过越界连通巷道向我矿南下山地区大量涌入，直接影响全矿的生产系统，迫使矿井停产。为了尽快恢复生产，抑制CO的涌入，我们先后采取了局部反风、水封等多种措施，但总是堵了这边，那边又出来，不能根本上控制。经过认真的分析和研究，认为：不论采取哪种方法，只堵不是解决问题的最好办法，而应在治理的同时，还应进行合理的疏导，使CO气体有一个合理的流向，并保持其系统的稳定才是最佳的方案。

为此，我们重新制定了“局部调压加合理的通风系统疏导”的处理方案。首先提高CO泄出点范围的压力，利用增高的压力克服矿井一部分压力。为此，在南下山正、付巷（18采区回风）一横贯以南各做一道风卡，然后将做为18区进风的8181皮带巷口做了3道风门，并将连通西二进风大巷和8181皮带巷之间的横贯打透，安设一台2×45kw的局扇。利用局扇开启产生的压力，将所控范围内的压力升高，使这一地区的压力与前庄小窑的压力基本平衡，抑制CO气体大面积涌出。局扇开启后，经过测压，整个工作面地区的压力升高了20mmH₂O。其次是在CO涌出较大的地方开通一个CO气体的排放渠道，在8181回风侧的一处上层空巷（CO较大的地点）处前后15米套棚加固，中间填实黄土，完工后将此30米范围全部进行喷浆。在该工程施工时，提前将一趟ф266 mm的瓦斯管放置在上层空巷，一直连接到东四岩顺坡下的回风系统，使CO气体沿瓦斯管路直接排到南下山正巷的采区回风系统。这项工程再配合CO泄出点范围内的调压气室方案的实施，根本上解决了小窑CO对8181工作面的影响，恢复了矿井的生产。（详见表2）

表2  南下山2#面调压前后各参数变化

地点	调压前			调压后
	压力mmH2O	CO%	风量m3/min	压力mmH2O	CO%	风量m3/min
南下山正巷以北	38.9	0	220	21.8	0	0
南下山副巷以北	-20.4	0.0023	666	13.9	0.0002	0
2面进风	18.7	0.0001	380	37.8	0	240
2面回风	17.9	0.03	386	41.7	0.0012	242
皮带巷口	5.4	0	680	19.5	0	240

5．风井逐渐封闭时，回收矿井残采通风安全保障技术    

炭窑沟风井原是四矿较早的一个回风井，安装2台2×570kw主扇，使用期间，主要服务于四矿井下18区南下山地区。18采区回采结束后，风机停运。风井经过改造成为了矿井的一个进风井口。

    炭窑沟风井做为原矿井的一个主回风井，在风井的周围有很大一块保护煤柱，这块资源相对于已宣告破产，正在进行残采回收的矿井来说，无疑是相当可观的。回收这块煤柱，就必须先对位于其上方的炭窑沟风井进行封闭，以保证工作面采过风井，造成风井垮落后，不出现向工作面落山倒送风的情况出现。封闭风井，又会造成井下通风压力的变化，给工作面瓦斯和井下火区带来相应的变化，所以在封闭风井的同时，需要认真分析预测掌握好通风压力的变化，保证现有进风井之间的均压平衡。

    四矿现有1个回风井，4个进风井，矿井总风量4100m³/min。        炭窑沟风井为四矿4个进风井之一，进风量为1650m³/min，占全井进风量为40%，它的封闭会造成全井通风压力的变化，尤其对东西井的火区产生较大的影响。

    东西井是四矿两个进风井，也是矿井的运输主动脉。西井担负着全井的材料和人员的运输、东井担负着全井的原煤运输。

    由于东井周围西河小窑发生的自燃发火，导致了四矿东井皮带巷的自燃，虽经多年和采取多种方法处理，都无法根除火灾的影响，高温点时时不断出现，目前采取注粉煤灰和注水控制着火区的蔓延和扩大。

    炭窑沟进风井封闭，导致的矿井压力变化，定会对东西井火区的压力带来相应的变化，有可能对东西井目前相对稳定的压力产生较大的影响，从而使火区温度升高，范围扩大。因而如何保证火区的稳定和内外部压力的平衡是这项工作的重点。

    为了使风井的封闭工程能够安全顺利的完成，我们做了大量的准备工作，并进行了井筒封闭试验。试验前，首先对东西井和炭窑沟进行了压力测量，测得东井17.9mmH₂O，西井电车巷20.1mmH₂O之后，在炭窑沟风井内做了两道板墙进行封闭。封闭后测得炭窑沟入风为120m³/min130入风井1040m³/min比原来增加500m³/min，东井入风488m³/min，基本没有变化。西井入风1625m³/min，比原来增加350m³/min。西井压力为18.9mmH₂O，矿井通风压力2250Pa。

负压的升高必将使火区的漏风加大，增加向火区的供氧量，使CO气体增加，不利于火区的控制和管理。要保证矿井的安全生产和运输，就必须控制火区范围的扩大。为此我们采取措施来升高东西井的压力：①缩小电车巷的断面，增加巷道的通风阻力，以提高电车巷段的压力。电车巷断面为11m²，在电车大巷做了一道风卡，减少巷道的三分二断面。②在东井尾轮做了一道全断面风卡进行了风量的总控，将整个东井巷道处在升压范围内，抑制CO气体的涌出。

炭窑沟风井封严后，主扇运转正常，扇风机的静压水柱为2250Pa（主扇运行角度下调了5度），总回风量3350m³/min，炭窑沟风量为120m³/min，其它进风井口进风量为1040m³/min，增加500m³/min，西井入风1625m³/min，增加了350m³/min，东井488m³/min。变化不大，由于四矿东井火区与原井下的一个废井口连通，而这个井口一直做为东井火区的一个CO排放通道。从前面的分析可知道，火区CO气体空疏而不宣堵，而那个废井筒正好做为一个排放点，在火风压的作用下，其负压大于矿井负压，CO气体从废井口泄出，因而东西井只有高温而无CO气体出现，根据风压平衡法和风量平衡法的参照对比和实际压力测定，炭窑沟封闭和主扇37度运行时东西井火区负压小于废井口火区风压产生的负压，东西井可基本保持原有状态。  

表3  炭窑沟风井封闭前后各参数变化

地点	封闭前		封闭后
	压力mmH2O	风量m3/min	压力mmH2O	风量m3/min
东井硅整流室以南	17.9	585	5.6	488
西井硅整流室以南	17.4	1278	3.2	1625
电车巷	20.1	1193	2.6	1504
炭窑沟	15.3	1650	4.5	0
二坑总进	13.3	560	6.7	1040

6．结  论

通过对回收矿井残采工作面瓦斯涌出规律，煤层自燃发火影响及风井封闭安全保障技术研究，得出以下结论。

    1）随着矿井的萎缩和资源的枯竭，矿井进入残采后，由于已采区的增多，生产规模的缩小，瓦斯和一氧化碳的涌出有其特定的涌出规律。矿井瓦斯涌出采掘瓦斯涌出量占20%，老空区瓦斯涌出占80%，由于矿井被周围许多小窑的越界开采包围，使矿井的瓦斯和一氧化碳涌出具有很大的不稳定和不确定性，加大了对矿井的危害和影响。

    2）加强煤矿安全监控系统的应用，对CO和温度的连续监测，有利于火灾的早期预测预报，为回收矿井残采提供了有利的科技保障，因我们能迅速捕捉到矿井灾害信息并立即做出相应的应急措施，防止事故扩大。

3）通过对南下山采区通风压力进行局部调整，使南下山采区整体升压20mmH₂O，采区升压后，减轻了周围小煤窑对现矿井生产采面的影响及危害，提高了采区安全保障能力。

4）通过对回收矿井风井逐渐封闭对矿井瓦斯涌出及火区影响的研究，当风井逐渐封闭时，要逐渐调整整个矿井的通风压力分布，使生产采区及老火区的压力平衡在原来压差的基础上，矿井瓦斯涌出及老火区才能稳定，不影响矿井安全生产。

《阳煤集团四矿残采安全保障技术》在阳煤四矿应用后，使四矿南下山采区近29万吨煤炭得到安全正常生产，又解放了炭窑沟周围27万吨的煤量，合计创造经济效益16800万元，还使矿井的服务年限延长近3年。四矿已经破产，矿井寿命的延长，解决了目前近3000名职工的生活问题。创造了良好的经济和社会效益。其在残采矿井瓦斯和自燃发火防治的治理上，必会得到广泛使用。

 

 

参考文献

1 高瓦斯综放工作面火灾防治关键技术的研究. 研究报告. 煤炭科学研究总院重庆分院、阳泉煤业（集团）有限责任公司，1999年

2 淮南矿区煤层自然发火机理及综合防治技术的研究. 研究报告. 淮南矿业（集团）有限责任公司、煤炭科学研究总院重庆分院，2001年

3 余明高. 阳泉无烟煤自然发火机理的实验研究. 中国矿业大学博士论文. 2000

4 穆满根, 刘宏伟. 阳泉三矿井田煤炭着火地质因素分析. 中州煤炭. 2000.3

5 余明高, 黄之骢等. 火灾预报参量变化规律及其处理方法的研究. 矿业安全与环保. 1999.3

6 吕品. 煤炭自然发火指标气体的试验研究及其应用. 中国煤炭. 2000.4. Vol.26, No.4

7 刘文成. 完善的矿井自燃火灾监测系统. 煤矿安全. 2000.4

8 杜志刚, 贺玉龙等. 阳泉矿区综防工作面着火的技术因素及对策. 煤炭科学技术. 1999.11

9 徐承林, 李晖等. 巷道大冒顶区灭火技术. 矿业安全与环保. Vol.28, No.4, 2001.8

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