榆家梁煤矿工作面回风隅角CO防治措施研究

现场取样后,在实验室制备成不同粒径 (粒径
＜１ mm、１~＜１０ mm、１０~２０ mm)的样品.将
样品静置 在 １ 个 封 闭 的 反 应 器 中 一 定 时 间, 监 测
CO 和 O２ 浓 度 的 变 化 情 况 及 实 验 过 程 中 的 维 度 变
化,进而得出煤样在反应器中 的 变 化 规 律,如 图 ４
CO 和井下胶轮车尾气４ 个方面开展 CO 来源测试.
２
１ 原生赋存的 CO 测试
本次煤层原生 CO 含量采用解吸法测定,测定
步骤包括现场取样、现场解吸、损失量计算、实验
室测定等,具体测定方法和步骤如图 ２ 所示.
图 ２ CO 含量测定方法和步骤流程
经过现 场 测 试,５２ 号 煤 层 中 CO 赋 存 含 量 极
低[１－３].根据井下现 场 生 产 实 际,工 作 面 在 回 采 过
第 ４９ 卷
浓度最低达 １６
２％ .工作面采空区氧气分布及 CO
超限区域分布如图 １ 所示.
程中偶尔会出现 CO 气体异常升高的现象,对 工 作
面人员的生命健康安全带来极大的影响.因此,研
究分析工作面回风隅角 CO 气体来源,掌握其 产 生
人员伤亡的主要原因,因此井下有害气体防治在煤
胁;火灾可能造成风流紊乱,甚至破坏井下整个通
矿安全管理中是一项重点管控任务.
风系统;会产生大量有毒有害气体,可能造成井下
次生灾害.其中,会产生大量有毒有害气体是造成
神东矿区普遍瓦斯含量很低,但生产过程中通
作者简介:刘海波 (１９８６－ ), 男, 辽宁海城人, 硕士, 工程师, 副总工程师, 主要研究方向为矿山掘进. EＧma
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l, ２０２３, ４９ (S２ ): １０１－１０６
DOI: １０
１９８８０/
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S２
０１６
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榆家梁煤矿工作面回风隅角 CO
防治措施研究
刘海波,王 宁
(国能神东煤炭集团有限责任公司榆家梁煤矿,陕西省榆林市,７１９３１５)
O２ 平均消耗速率
/(
L mi
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１~＜１０
６００
０
０１６８
０
６１
０
８６
０
７２
＜１ mm
１０~２０
７７０
５００
０
０２２９
０
０１１２
０
５９
０
５７
０
９３
０
７０
０
６６
０
８４
２
３ 回采过程产生的 CO 测试分析
低,在０
０００２％~０
０００８％ 之间,进风侧１~１８０
煤矿 ５２ 号煤层 工 作 面 采 煤 过 程 中 回 风 隅 角 CO 变
风隅角处出现 CO 超限 (大于 ０
００２４％ )的现象.
为掌握采煤过程产生 CO 气体规律,对榆家梁
化情况进行了现场测定,选取连续 ３d 的现场观测
数据进行分析.生产与检修期间 CO 浓度变化曲线
如图 ５ 所示.
由图 ５ 可以看出,工作面 CO 浓度在进风侧较
号支架 CO 浓度相对平稳且比较低,主要是由于回
同时,分析检修期间和生产期间的变化,明显看出
在工作面割煤期间会生成一定的 CO 气体,生产期
间各检测点 CO 浓度略高于检修期间,比非生产期
间大概高 ０
０００５％~０
０００６％ .
１０３
２０２３ 年增刊 ２ 中
所示.
由图 ４ 可 知,５２ 号 煤 层 在 常 温 的 环 境 下 消 耗
一定量的 O２ 浓度,会伴随产生一定量的 CO 气体.
在实验的初期,CO 生 成 的 速 率 比 较 大, 随 着 时 间
推移逐渐呈现下降趋势,到达一定的程度后 CO 生
成不再上升,处 于 一 个 较 为 稳 定 的 阶 段 [１２－１３]. 同
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矿井火灾作为严重威胁煤矿安全生产的重大灾
害 [１－３],其产生的威害主要有以下几个方面:火灾
作业人员窒息或者中毒 [４－５];可能引发瓦斯爆炸等
的高温燃 烧 会 对 井 下 生 存 条 件 或 人 身 安 全 构 成 威
空区且 地 表 存 在 漏 风 现 象 [８－９], 矿 井 属 于 负 压 通
风,工作面在生产过程中,偶尔出现 CO 气体在负
压作用下 从 工 作 面 回 风 隅 角 涌 出, 造 成 回 风 隅 角
[
]
CO 局 部 超 限 ９－１１ ,CO 最 大 值 达 ０
００５％ ; 同 时
由于该煤层处于 CO２ N２ 带, 伴 随 有 高 浓 度 N２ 涌
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影响程度,在工作面设置测点,在车辆进出工作面
(
４)优化采煤方法,加强工程质量管理.合理
进行工作面设计及选型,尽量不留顶底煤炭,提高
一定的影响.鉴于此,为确定尾气对工作面 CO 的
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机理及规律,为 CO 气体防治的决策提供科学依据,
采取有针对性的防治措施具有十分重要的意义[６－７].
１ 矿井概况
榆家梁煤矿是国能神东煤炭集团有限责任公司
所属主力 生 产 矿 井, 位 于 陕 北 侏 罗 纪 煤 田 神 府 矿
区.目前主采 ４３ 号煤层和 ５２ 号 煤 层.２ 个 煤 层 均
采取独立通风,通风方式为中央并列式,通风方法
体结构组成如图 ３ 所示,其中,反应器为不锈钢材
根据图 ４,得出不同粒径煤样 CO 产生浓度 与
质制作的圆柱形.
O２ 消耗浓度变化,见表 １.
注:１－ 反应器;２－ 测温热电耦;３－ 煤样;４－ 温度显示仪;
５－ 连接线;６－ 监测计算机;７－CO 传感器;
８－O２传感器.
图 ３ 煤常温封闭氧化实验装置结构
出,偶尔工作面回风隅角伴随出现低氧情况,O２
图 １ ５２ 号煤层工作面采空区氧气分布
及 CO 超限区域分布
２ 工作面回风隅角 CO 来源测试
为查 明 榆 家 梁 煤 矿 ５２ 号 煤 层 工 作 面 回 风 隅 角
[
]
CO 来源,经查 阅 相 关 资 料 １－６ , 确 定 从 煤 层 原 生
赋存 CO、常 温 氧 化 生 成 的 CO、 工 作 面 回 采 产 出
煤样在常温下 CO 产生速率及其变化规律.
粒径越小,与氧气结合的越好,消耗的氧气浓度较
示仪、测温热电 耦 及 监 测 计 算 机 等 组 成 [１２－１３], 具
浓度也越大,最高浓度达到 ０
０２２９％ .
实验装置由封闭反应器、各类传感器、温度显
大,产生 CO 的速率也最大 [１２－１３],由此产生的 CO
时,根据不同粒径的煤样实验数据可以得出:煤样
图 ４ 常温下不同粒径 CO 产生浓度与 O２ 消耗浓度变化
表 １ 常温下 CO 产生浓度与 O２ 消耗浓度测定数据
序号
１
２
３
煤样粒径
/mm
CO 气体浓度稳定
时间/mi
n
CO 产生
最大值/％
氧气消耗
最大值/L
CO 平均生成速率
/(mL mi
n－１ m－３ )
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１０１
２０２３ 年增刊 ２ 中
国 煤 炭
常会产生 CO 气 体,影 响 工 作 面 安 全 生 产[１－５].回
风隅 角 常 有 大 量 N２ 涌 出,导 致 回 风 侧 O２ 浓 度 偏
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是抽出式通风.矿井地面共有 ４ 个进风井和 ２ 个回
风井,４３、５２ 号煤 层 风 井 均 为 “两 进 一 回 ” 通 风
方式.根据瓦斯等级鉴定,榆家梁煤矿属低瓦斯矿
井,所采煤层 均 属 于 I
I 类 自 燃 煤 层, 最 短 自 然 发
火期为 ７７d.
榆家梁煤矿 ５２ 号 煤 层 埋 藏 较 浅,上 覆 存 在 采
国 煤 炭
第 ４９ 卷
图 ５ 生产与检修期间 CO 浓度变化曲线
２
４ 井下车辆尾气对 CO 积聚影响测试分析
榆家梁煤矿辅助运输系统采用防爆无轨胶轮
１０４
车.矿井用无轨胶轮工程车搬运支架、采煤机、电
机、刮板输送机等大型设备,用载人无轨胶轮车运
刘海波等:榆家梁煤矿工作面回风隅角 CO 防治措施研究 ２０２３ 年增刊 ２
１０１－１０６
DOI:１０
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中国煤炭
第 ４９ 卷 增 刊 ２
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２０２３ 年 １０ 月
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★ 煤矿安全 ★
引用格式:刘海 波, 王 宁 榆 家 梁 煤 矿 工 作 面 回 风 隅 角 CO 防 治 措 施 研 究 [
J] 中 国 煤 炭,２０２３,４９ (
S２):
送人员,用无轨胶轮材料车运送现场所需各类材料
设施要严 格 按 照 设 计 规 范 施 工, 确 保 工 程 质 量 合
等.目前井下使用的车辆主要为燃油车,车辆在运
格;加强对井下通风设施的检查维护,发现通风设
行过程中尾气产生的 CO 会对工作面气体管控带来
施不完好及时 进 行 维 修, 降 低 内 部 通 风 设 施 漏 风;
低,由此判断该煤 层 原 生 赋 存 量 不 是 造 成 ５２ 号 煤