綜采工作面事故中有害氣體涌出位置的確定及工作面防范措施

范世錦，王 亮

(1.呂梁市煤礦通風與瓦斯防治中心，山西 離石033000；2.北京高卓東升科技有限公司，北京100083)

2009年5月，山西離柳焦煤集團有限公司丈八井41105綜放工作面在整修支架推進作業中，工作面有害氣體涌出量突然增大，造成了大的經濟損失及人員傷亡。針對這次事故，本文重點研究了回采工作面窒息事故中有害氣體涌出位置的確定方法，提出了回采工作面防治措施。

1 礦井基本概況

山西離柳焦煤集團有限公司丈八井位于呂梁市孝義市兌鎮鎮，屬呂梁市國營煤礦。礦井始建于1978年，1988年經山西省煤炭廳組織驗收合格投產。2007年8月山西省國土資源廳頒發的采礦許可證，證載井田面積13.3323km2，批準開采3#、7#、9#、10#、11#煤層，保有儲量16057萬t，礦井設計能力為90萬t/a。

井田位于呂梁山區，為侵蝕低山丘陵地貌。井田主要含煤地層為上石炭統太原組和下二疊統山西組，其中可采煤層有位于太原組中下部的9#煤層和位于太原組中下部的10#和11#煤層。9#煤層厚度1.35～2.01m，平均1.59m，煤層結構簡單，不含夾矸，頂板為K2石灰巖，底板為泥巖，井田范圍內該煤層大部分已被小煤窯破壞。10#、11#煤層為合并層，上距9#煤層0.50～1.80m，煤層厚度6.09～9.91m，為井田穩定可采煤層，煤層結構復雜，含夾矸2～9層，煤層頂板為泥巖，底板大部為黏土泥巖，局部為砂質泥巖。

根據山西省煤炭工業局“晉煤安發〔2009〕88號”文批復，山西離柳焦煤集團有限公司丈八井2008年度瓦斯和二氧化碳涌出量鑒定結果為：瓦斯絕對涌出量為1.87m3/min，相對涌出量為0.83m3/t；二氧化碳絕對涌出量4.82m3/min，相對涌出量為2.15m3/t，屬低瓦斯礦井。據山西省煤炭工業局綜合測試中心煤層煤樣的檢驗報告，9號、10#+11#煤層煤塵均具有爆炸危險性，煤層自燃傾向性自燃等級為Ⅱ級，均屬自燃煤層。

該礦所采的10#、11#煤層上距小窯破壞的9#煤層0.50～1.80m，根據以往經驗，工作面支架前移后，支架后方極易發生漏頂，與上覆小窯采空區(9#煤層采空區)溝通，從而導致小窯采空區內的有害氣體竄至本工作面。為此，該礦特制訂回采工作面作業規程補充措施，措施規定工作面采用正壓通風方式。根據該規程，該礦在以前回采31125、31129、41101等工作面時，當工作面出現漏頂現象后，立即改用正壓通風方式。

礦井通風方式為中央并列式，通風方法為機械抽出式。回風斜井井口安裝兩臺主扇，型號為BD-Ⅱ-8-22軸流式對旋風機，電機功率為2×200kW，一臺工作，一臺備用。掘進工作面采用2臺DBKJ-№5.3/2×7.5kW型局部通風機壓入式通風,雙風機雙電源并能夠自動切換。

該礦現有兩個回采工作面，三個掘進工作面。現采煤層為10、11號合并層。工作面采用走向長壁、綜采放頂煤采煤方法，采煤機選用MG200-W型，液壓支架選用QZFS2400-16/24D型，全部垮落法管理頂板。

發生事故的工作面為41105綜放工作面，工作面長135m，推進長度737m。工作面采用QZFS2400-16/24D型低位放頂煤支架，共87架。事故發生前該工作面仍采用負壓通風方式，運輸順槽進風，材料順槽回風，事故發生時該工作面處于設備調試階段，尚未正式回采，事故發生后，該工作面立即改用正壓通風方式。

礦井供電電源來自兌鎮110kV變電站供礦區35kV變電所雙回路供電，井下6kV供電電源來自離柳焦煤集團35kV變電所，雙回路供至四采區變電所。礦井安全監控系統為KJ-90NB型監控系統，監控數據與集團公司、市煤炭工業局聯網。

2 礦井事故原因分析

該礦剛安裝的41105綜放工作面在整修支架推進作業過程中，工作面頂板的錨桿支護系統受支架的擠壓作用，支護效果下降，隨著切眼跨度的增加導致頂板逐步斷裂、垮落，與9#煤層已關閉小煤礦采空區連通，采空區中積聚的CO2等有害氣體，在負壓狀態下大量涌向工作面，致使工作面機尾附近CO2濃度嚴重超限，使機尾附近處于嚴重缺氧狀態。

3 有害氣體涌出位置的確定

3.1 主要參數分析

事故發生后，對該工作面的CH4、CO2、CO、O2、H2S、溫度、風速等參數進行了數次測定。從具體數據分析看，工作面全長內CH4、CO、O2、H2S、溫度等無較大的變化，但CO2和風速變化較大，如圖1、2所示。

圖1 工作面CO2測定值

注：圖中數據均為工作面采用正壓通風方式后的測定值

救護隊員對工作面事故后風量測定數據為：材料順槽進風量為493m3/min，運輸順槽回風量為1040m3/min，從9#煤層采空區向本工作面漏風量為547m3/min。顯然，大量的CO2是從采空區漏入工作面的。

3.2 現場情況分析

安全員靳占銀走到60架處，感覺自己有點腿軟；張世軍走到70架時突然倒地。劉勇飛死于后部溜子機尾處。

經仔細分析事后CO2及風速數據隨工作面長度變化曲線并結合當班工人敘述情況可以得出，本次事故是由于切眼支架后部頂板垮落溝通上覆小窯采空區，大量CO2竄入本工作面，造成工人窒息死亡，漏頂發生地點應在工作面機頭至60架約90m范圍內。

4 防范措施

1)對工作面上覆采空區二氧化碳的分布狀況進行鉆孔探測。探測鉆孔應覆蓋工作面上覆全部老空區，并適當向外擴展，考慮鉆探工作量，可將鉆場布置在工作面兩順槽。

2)加強工作面二氧化碳日常監測監控和人工檢測工作。根據《煤礦安全監控系統及檢測儀器使用管理規范AQ1029-2007》的相關規定，在工作面上隅角、中部、下隅角分別布置二氧化碳傳感器，同時要加強工作面上隅角、中部、下隅角、回風順槽、采區主要回風巷CO2濃度的人工檢測工作，每班至少兩次。

3)向采空區灌注氫氧化鈣的過飽和液對二氧化碳有效吸收。

4)研究可靠有效的均壓通風技術，徹底解決工作面開放式漏風問題。

5)根據現場勘察到自救器的使用情況，煤礦目前在用批次的化學氧自救器存在氧氣發生器與過濾器連接管易斷裂的致命缺陷，建議煤礦立即淘汰目前在用批次的化學氧自救器。