温勇锋

（山西汾西矿业集团水峪煤业有限责任公司， 山西 孝义 032300）

1 水峪煤业概况

水峪煤业为斜井盘区开拓方式，+800 m 水平开采，主采2 号、9 号、10+11 号煤层，目前布置有六采区、八采区、九采区、十采区四个采区；水峪煤业采用机械抽出式通风方法，分区式通风方式。矿井目前系统为：“6 进3 回”，6 个进风井分别是：服务服务六采区、十采区的2 号进风斜井、主斜井、付一井、付二井、东风井，服务九采区的后河副斜井，3 个回风井分别是：南风井、后河风井、王家庄风井，分别位于井田南翼、十采区。

水峪煤业年度鉴定为低瓦斯矿井,矿井绝对瓦斯涌出量为8.69 m3/min，相对瓦斯涌出量为0.94 m3/t，采煤工作面最大瓦斯涌出量为0.41 m3/min，掘进工作最大瓦斯涌出量为1.28 m3/min，二氧化碳相对涌出量为1.4 m3/t，绝对涌出量为13.01 m3/min。水峪煤业开采2 号、9 号、10+11 号煤层自燃倾向性均为Ⅱ类自燃、9号煤最短发火期为88 d，10+11 号煤最短发火期为84 d，所有煤尘具有爆炸性。

2 水峪煤业六采区第一行人巷CO 溢出情况

六采区开采10+11 号合并层，煤层平均厚度6.70m，上覆9 号煤层平均厚1.60 m，层间距平均约1.80 m，均已经回采或遭到小煤窑的破坏。2020 年6 月6 日，水峪煤业六采区第一行人巷132 号横梁处巷帮裂隙中CO 气体异常涌出，造成六采区第一行人巷巷道风流中CO 气体浓度（体积分数）最高达到20×10-6，波及影响整个六采区所有用风地点。同时六采区还有其他一些巷道和密闭内也出现了CO 气体超限。

在排查过程中发现六采后部回风巷巷道风流中CO 气体浓度（体积分数）最高达到22×10-6，其中在原61112 运巷和61114 运巷密闭墙观测孔内测得φ（CO）最高达到300×10-6，61106 运巷采空区内φ（CO）最高达到6 085×10-6，6308 运巷采空区内φ（CO）最高达到7 854×10-6。61106 至6308 煤柱之间局部地段温度超过40 ℃，初步判断为煤柱氧化造成。

2.1 六采区CO 气体监测办法

为了治理CO 气体，必须加强对六采区的气体监测，其方法为：在六采区设置4 处束管分析采样点，分别为61112 运巷回风闭墙内、61114 运巷回风闭墙内、61106 运巷回风闭墙内、6308 运巷回风闭墙内，要求每日14 至18 点进行一次采样束管分析；设置6 处人工气体检查点，分别为六采回风巷61112、六采后部回风巷风井井底处、南风井测风站处、前部回风巷南风井底处、前部回风巷61109 运巷上风侧及前部回风巷6405 运巷上风侧。

2.2 地面、井下排查方法

对六采区及周边地面采空区塌陷区及地面废弃井筒等进行全面、细致排查，发现有漏风现象立即采取地面封堵措施。

对井下六采区进行全面漏风排查和密闭墙检查，重点包括第一行人巷、六采轨道巷、六采回风巷、六采区总回风巷、南风井井筒等区域，发现漏风或密闭墙不合格情况要及时采取措施进行处理。

3 治理措施

六采区治理CO 气体超限的难度为：六采区采空区范围大、四周小窑多，采空区CO 积聚的地点位置不详，如果采取均压，则要影响邻近矿井的安全生产，因此治理的总体思路为：采空区灌浆;密闭堵漏;煤柱巷道喷浆、对O2浓度（体积分数）超过7%采空区注氮，防止产生新的CO 气体。

3.1 采空区灌浆

水峪煤业南风井建有南山灌浆站，设备型号为D46-30 多功能煤矿防灭火灌浆系统，主要由灌浆站泵房、储水池、采土场、高压水管、泥浆溜槽、贮浆池（过滤网）、灌浆管浆料储存场地、清水多级离心泵、管路等组成灌浆方法采用采后随灌。灌浆主管路为6 寸无缝钢管，密闭墙内使用4 寸无缝钢管。

3.1.1 南山灌浆站组成

南山灌浆站建1 个采土场、1 个泵房、1 个储水池及1 个贮浆池，池深1 m，长×宽=2 m×1 m，池体用砖砌筑水泥抹面或用钢板焊接，其入口安装过滤网。贮浆池底部留有出料口，在浆液流入贮浆池前设过滤筛子(孔径为10 mm)，池体用钢板进行焊接，泵房内安设1 台D46-30*4 型离心泵1 台。

3.1.2 灌浆站系统功能

1）系统可用黄土、粉煤灰等多种灌浆材料，易实现灌浆材料就地取材。

2）系统能制备各种浓度浆液（水土质量比5∶1～1∶1），以适应不同情况的灌浆。

3）可通过变换外加剂，即可通过该系统实现大流量地压注凝胶、复合胶体和固化充填材料等多种新型防灭火材料，提高系统的利用率。

3.1.3 采空区灌浆量确定

灌浆材料主要采用黄土，灌浆代用材料的种类主要有页岩类（包括页岩、粘土页岩、铝土页岩等）、矿井矸石山的矸石、火力发电厂的粉煤灰。井筒开凿期间的黄土、矿井周围的黄土，容易开采，数量充足的实际特点，此次灌浆材料选择黄泥，对黄泥要求如下：

颗粒要小于2 mm，而且细小颗粒（黏土：≤0.005 mm 者应占60%～70%）。主要物理性能指标见表1。

表1 黄泥的主要物理性能指标

3.1.4 灌浆参数计算及选择

灌浆系统的灌浆系数、水土比等各项参数在实际生产中必须根据煤层发火情况、输送距离、煤层倾角、灌浆方式及灌浆材料和季节等因素通过实验确定，以确保灌浆效果和生产的安全。根据现状及计算，利用南山灌浆系统对61106、6308 采空区进灌浆，灌浆浓度不低于20%，每小时灌浆量不少于37.7 m3。

3.2 密闭墙堵漏风

3.2.1 密闭漏风原因

六采区CO 气体超限后，对六采区老采空区的气体进行了监测，发现大多数密闭内、外CO 气体均超限，闭内φ（O2）均超过7%，其原因是六采区压力较大，时间长了，引起密闭四周松动圈发育，使老采空区漏风严重，因此必须对漏风密闭严密堵漏。

3.2.2 漏风材料的选择

水峪矿选择能渗入煤层裂隙、黏性好、操作简单的堵漏材料，对采空区巷道松动圈实施有效的堵漏材料，TB 防灭火堵漏材料。

3.2.3 TB 密闭材料使用方法

对产生裂隙的闭墙在外3 m 处重新砌筑一道，并在中间填充TB 防灭火堵漏材料；如果两密闭墙充填后密闭还存在漏风，则需在密闭四周松动圈打小钻注TB 防灭火材料，将密闭四周松动圈裂隙全部堵塞。用井下移动式注浆系统注TB 防灭火堵漏材料的方法：将TB 防灭火堵漏材料和水按50%的浓度投入搅拌机搅拌，然后注浆泵将搅拌机的浆液注入钻孔之中。注浆过程为连续注入，边加水边加TB 防灭火堵漏材料，注浆流量为8 m3/h。用井下移动式注浆泵注TB 防灭火堵漏材料的具体步骤：当用两个搅拌器时，分别向两个搅拌器放入2.5～3.0 袋TB 防灭火堵漏材料搅拌，两个搅拌器轮流向注浆泵供应50%浓度的TB 防灭火堵漏材料溶液。当用1 个搅拌器时，第1 次向搅拌器放入2.5～3.0 袋TB 防灭火堵漏材料搅拌，然后每1 分钟均向搅拌器里放入1 袋TB 防灭火堵漏材料搅拌，注浆泵连续向密闭内注入TB 防灭火堵漏材料。

3.3 巷道喷浆堵漏

对六采区巷道进行漏风排查后，首先对六采轨道巷、六采第一行人巷61106、6308 上下端进行隔断,隔断宽度大于800 mm，并及时对隔断处进行喷浆封堵。

对六采区的漏风巷道共计800 m，其中六采区第一行人巷左帮喷浆370 m，右帮喷浆500 m。

3.4 采空区注氮

用氮气防灭火和阻止瓦斯爆炸的过程称为惰化，惰化后的火区因氧气不足而不能燃烧和爆炸。氮气的防灭火作用，即使采空区等有关区域惰化。

3.4.1 防火注氮流量计算

采空区合理的防灭火注氮流量根据理论计算和矿井工作面防灭火注氮实践考察而确定。防火注氮流量的计算和工作面的风量、产量、采空区体积、瓦斯涌出量及煤炭发火程度有关。通过计算，依据国内外应用氮气防灭火的经验，将防灭火注氮流量确定为720 m3/h。

3.4.2 防火注氮

利用地面FDA97-2000 注氮系统向61106、6308采空区内注入氮气，注入量不少于800 m3/h。六采区密闭内采空区经过注氮气后，氧气大幅下降，所有密闭内的氧气均降为7%以下，采空区内浮煤再也不会氧化自然发火，下页图1 为61106 运巷密闭墙内注氮前后φ（O2）变化图。从图1 中可以看出注氮后密闭内φ（O2）由10%降为4%，达到了安全规程规定了密闭内氧气浓度体的标准。

图1 注氮前后密闭内φ（O2）变化图

4 综合放灭火效果

1）61106 至6308 煤柱之间局部地段温度降低为20 ℃，与六采区的日常空气温度相同。

2）61106、6308 采空区内空气中的氧气浓度（体积分数）降到5.0%以下。

3）经化验61106、6308 等采空区内空气中不含有乙烯、乙炔，φ（CO）稳定在5×10-6以下。

4）灌浆区内出水温度为16 ℃。

5）以上指标稳定在3 个月以上。

5 结语

经过综合治理，六采区CO 溢出治理各项指标均下降到《煤矿安全规定》指标以内，六采区CO 溢出治理工程圆满结束。