浅埋矿井工作面开采时常常出现CO超限的现象，严重影响矿井的正常安全开采。矿井异常涌出的CO主要来源包括煤层中原生赋存CO、采空区遗留煤自燃生成的CO、开采时高温作用生成的CO、爆破作用生成及井下防爆柴油机车生成的CO等[1]，其中以煤中原生和采空区煤自燃产生的CO浓度高、涌出量大，对工作面安全开采影响最大。据统计，2000年以来神东矿区浅埋煤层开采时工作面上隅角CO超限现象时有发生[2]。近15年我国煤矿发生CO中毒事故47起，给煤矿造成了巨大损失[1]。

开滦内蒙云飞矿业有限责任公司串草圪旦煤矿主采6#煤，该矿6104工作面在初采期间就发生了CO异常涌出的现象，在工作面上隅角、工作面中部支架后方、底板中均监测到了CO超限的情况。通过理论分析、现场监测等方法，研究6104工作面初采期间CO来源，分析CO异常涌出机理[3-7]，提出井下正压通风、采空区注氮、提高回采率、地面填埋裂缝等地面、井下协同综合治理技术，期望对类似开采条件矿井的CO超限防控提供借鉴。

据悉，根据农民合作社发展实践和调研情况，江苏、浙江、安徽、山东、湖北、广东、陕西等7个省均有实践探索的基础。在这7个省各选3个左右县（市、区），共计20个左右县（市、区）开展试点。按照实施乡村振兴战略的要求，重点围绕乡村组织振兴，充分发挥农民合作社组织优势和制度优势，在推动乡村产业振兴、助力脱贫攻坚以及引导促进合作社规范创新发展等方面开展试点。

1 工程概况

6104工作面位于1水平1盘区，地表为丘岭地貌。工作面埋深在111.3～164.3 m，平均埋深117.4 m，属于浅埋开采。工作面北部为主运输大巷保护煤柱，南部为6#煤层风氧化带，东西均为实体煤。上部赋存4#、5#煤层，其中4#煤层的4104已回采完毕，5煤层未回采。经鉴定6#煤具有自然发火倾向，属于Ⅰ级容易自燃煤层，自然发火期为40～60 d。6104工作面走向长度2 093 m，倾斜长度148 m，工作面煤层厚度10.9～13.7 m，平均厚度为12.8 m。煤层平均倾角5°。工作面采用放顶煤开采工艺，两刀一放，多轮等量顺序放煤，采高3.8 m，放煤高度9 m。矿井通风方式为抽出式，工作面采用“一进一回”的“U”型通风方式。

工作面基本顶为浅灰色细砂岩，厚度为2.5 m；直接顶为褐灰色粉砂岩，厚度8.3 m；直接底为褐灰色粉砂岩，厚度1.60 m；基本底为蜂窝状中砂岩，厚度3.2 m。地表表土层在5～10 m之间。

2 CO异常涌出机理

2.1 工作面初采期间CO异常现象

现场正是在工作面回采了28 m时测试到了CO异常涌出。关键层砂质泥岩破断后向采空区下方回转运动，压缩采空区冒落的松散矸石，矸石堆中的空隙逐渐较小，其中的气体受压溢出，流向工作面。

2.2 CO涌出来源分析

1）采空区与地表形成贯通性裂缝。当工作面回采至32 m时，对应工作面采空区中部的地表产生微小的裂隙，裂隙宽度在0.01 m左右，延展范围在20～30 m长不等；2 d后工作面回采39.6 m，地面（工作面中部）裂隙数量及长度均有增多，在距工作面机头35 m，距机尾55 m，地表塌陷形成了1个椭圆形坑，长轴20 m、短轴12 m，深度15 m，椭圆坑体积约为9 231 m3，地表表土层有近10 m厚。初采期间地表裂缝如图1。

于大三上学期开设计量经济学，总学时适当增加到64～72，注重先修课程的协调与衔接，各课程授课教师需增强教学信息沟通和交流，在授课时不仅要强调课程的理论性，也要重视其应用性，突显其作为经济学工具为经济学服务的地位。

3）底板岩层中 CO。现场在工作面的 20#、30#、60#组支架底板中均监测到了CO涌出，3组支架底板处CO 涌出量分别为 24×10-6、15×10-6、26×10-6。底板岩层为砂质泥岩，经初步判断底板中测试到的CO应为采空区内的CO，而非底板岩层中赋存有CO，因工作面开采底板岩层发生了破坏，形成了裂隙通道所致。

2.3 CO异常涌出机理

1）工作面上覆4#、5#煤氧化生成CO。4104工作面位于6104工作面上方，较6104工作面早2年开采结束，经过调研和测试，采空区内遗留一定量的煤，已经氧化生成CO；同时受4#煤开采扰动影响，5#煤虽未开采，但也有不同程度的氧化，也存在一定量的CO。

  

图1 工作面初采期间地裂缝

根据工作面初采期间CO异常涌出机理的分析，提出了井下正压通风、采空区注氮、提高回采率、地面填埋裂缝等地面、井下协同综合治理技术[9-11]，具体方法如下：

2）6#煤风氧化带产生CO。6104工作面南部为6#煤层的风氧化带，煤层经低温缓慢氧化生成了一定量的CO，随着工作面的采动，沿煤岩体裂隙流动到工作面。

  

图2 CO异常涌出模型

3）顶板初次破断回转驱动采空区气体流向工作面。根据关键层理论，可知工作面上覆距离6#煤25.9 m的砂质泥岩为关键层，根据砌体梁初次来压步距式（1），求得关键层初次来压步距为29.5 m。

 

式中：L为关键层初次破断步距，m；h为关键层厚度，取13 m；Rt为砂质泥岩抗拉强度，取2.05 MPa；q为覆岩载荷，取0.8 MPa。

工作面自2014年7月5日开始回采，7月19日回采28 m时，现场监测到工作面上隅角CO浓度为6×10-6。7月22日8点班（回采了39.6 m）监控显示工作面自20组支架到上隅角均有CO涌出，且60#～80#组支架之间CO浓度较其它区域高，在（15～20）×10-6之间，上隅角 CO 浓度为 15×10-6，回风巷风流中浓度为10×10-6，瓦斯、CO2等其它有害气体浓度无异常现象。数据测点均在支架后立柱以里200 mm。同时发现工作面早班（检修班）CO浓度低，中班、晚班（生产班）CO浓度较高。

3 综放工作面CO防治技术

2）负压通风地表空气返灌采空区气流运动模型。6104工作面埋深在111.3～164.3 m，属于浅埋开采。初采期间工作面埋深在105～110 m之间，表土厚度10 m，覆岩岩性强度在30～40 MPa，属于弱胶结类岩石，具有松散、强度低、胶结性差等特性，根据文献[8]成果该类地层条件导水断裂带高度将达到7～10倍采高，6104工作面开采煤层总厚度12 m，则导水断裂带高度为84～120 m。说明工作面采空区仅能形成垮落带和裂隙大，缺失弯曲下沉带，现场地裂缝也证明了这点。由此形成了可供气体流动的通道。矿井采用的是负压通风，一旦采空区上方形成了贯通性的导气通道，地面空气压力大于井下工作面风压，很容易将地面空气和上覆4#、5#煤中氧化生成的CO压入采空区，由此进入工作面，造成工作面的CO异常涌出。CO异常涌出模型如图2。

2）采空区注氮。井口房北侧设置了1台能力为1 000 m3注氮机，利用原有的采空区灌浆系统，将氮气输送到工作面下出口，通过预埋的管路向采空区注氮，初采期间累计注氮约5 000 m3，起到了填充采空区空隙和抑制采空区遗漏煤的自燃氧化生成CO。

1）实施井下正压通风。井下负压通风时，现场测试漏风量在3.76～10.5 m3/s。采空区内大量的气体被返灌到工作面，因此，必须采取正压通风，减小工作面与地面的压差，以此减少漏风，并可大幅度减小地面空气进入采空区为遗漏煤提供氧源：①现场安设4台型号为FBD NO8.0/2×55 kW局部通风机，其中，在6104工作面主运巷外口的6煤主、辅运大巷联络巷中安设3台，另外1台安设在6煤主运大巷中，2台使用，2台备用；②在6104主运巷90 m位置构建2道调节风窗，风筒自局部通风机出风口引出沿主运巷敷设，穿过2道调节风窗，风筒口距离工作面1 000 m。随着正压局部通风机不断向工作面供风，增加工作面风压，依据现场测定工作面进、回风量，采取调节6104回风绕道调节风窗、风压的方式，使工作面进、回风风压基本平衡稳定，实现正压状态。实施期间工作面风压稳定在300 Pa，进风量调整到600 m3/min。同时制定了详细的安全技术措施，保证现场的有序施工。

以广东省为例，在2015年8月前“广东省医疗机构的制剂价格由省价格主管部门制定和调整，且不得超过国家和省公布的同类规格药品的最高零售价格，原则上应低于市场上可替代的同类药品的价格”，医院制剂零售价格实行政府定价，以保本微利原则，医院制剂定价以生产成本为基础，规定成本利润率不得超过5%。其中，制剂成本主要包括原材料成本、辅助材料成本、周转材料、其他费用等四大类，原材料、辅助材料按定额给予一定损耗率计算。

从表3可以看出，各处理产量由高到低依次为可降解地膜大垄种植产量148.25kg/40m2，黑色全膜大垄面种植118.73kg/40m2，膜上覆土栽培108.57kg/40m2，黑色全膜双垄垄侧种植105.56 kg/40 m2，旱地垄作秸秆覆盖栽培102.86kg/40m2，露地种植94.6kg/40 m2。经方差分析（见表4），个别处理产量差异达到极显著水平。经多重比较分析（见表5），可降解地膜大垄种植与黑色大垄垄面种植达到显著水平；可降解地膜大垄种植与膜上覆土栽培、黑色双垄垄侧种植、秸秆覆盖带状覆盖、露地种植之间的差异达到极显著水平，其余各处理未达到显著水平。

3）地面填埋地裂缝。针对地表沉陷呈台阶状、椭圆形坑等特点，设计了采用先平整后填埋的方法，使用了3台挖掘机和2台推土机，将井下工作面对应的地面沉陷区（面积约8 800 m2）进行了填埋处理，累积填埋高度2 m，挖掘土方量约2.5万m3。

4）提高工作面回采率。放顶煤开采放煤工序的管理优劣是提高工作面回采率的有效保障。提高回采率也可以大大减少采空区遗留煤。在初采CO异常期间，将放煤步距调整为一采一放，并要求放煤工放煤时见到矸石放出后再关闭放煤口。

【文化说明】习语talk turkey源于美国民间传说。相传北美殖民时期，一个白人和一个印第安人一同打猎，事先商定要平分猎物。他们打到了两只火鸡和三只乌鸦（另一说是红头美洲鹫（buzzard）。白人把乌鸦都给了印第安人，把火鸡全留给了自己。印第安人反对，白人说：“You have three birds, I have only two.”（你分了三只鸟，我只有两只。）印第安人回答说：“Stop talking birds. Talk turkey.”（别说鸟，说火鸡。）

在管中依次加入3.5 mL 6.5×10-5 mol/L DPPH溶液和0.5 mL 60%的乙醇，总体积为4 mL，混匀20 min后，于比色皿中在517 nm处测定吸光值，记为A0；加入3.5 mL 6.5×10-5 mol/L DPPH溶液和0.5 mL待测试样溶液，测定值记为As；加入3.5 mL体积分数为60%的乙醇和0.5 mL待测试样溶液，测定值为Ar，用3.5 mL无水乙醇和0.5 mL 60%乙醇作为参照，以上各管均做三组平行。按公式（4）计算对 DPPH自由基清除率R[15]。

治理工程自工作面发现CO涌出异常，7月22日开始实施治理，至8月7日结束，历时17 d。治理期间工作面不同部位CO涌出量情况如图3。由图3可知，通过采用综合治理方法，CO涌出量在治理后的第3 d就全面恢复到《煤矿安全规程》规定的24×10-6以下[12]，并随着治理时间的增加，工作面CO涌出量呈线性递减，10 d以后工作面下部基本检测不到CO。另外，经统计治理期间漏风量由10.5 m3/s减小到0.55 m3/s。现场治理效果显著，保证了工作面有序安全开采。

4 结论

1）6104工作面为浅埋、特厚煤层开采，采空区覆岩仅能形成垮落带和断裂带，地表与井下工作面形成了贯通性裂缝，为工作面漏风形成了通道；同时矿井采用负压通风方式，为地面空气、4#、5#煤层中CO等有害气体通过岩层裂缝返灌工作面提供动力。

  

图3 工作面CO涌出量随治理时间变化

2）工作面上覆4#、5#煤氧化生成的CO和6104工作面南部的6#煤风氧化带储存的CO，是工作面初采期间异常涌出CO的主要来源。

3）井下正压通风、采空区注氮、提高回采率、地面填埋裂缝等地面、井下协同综合治理技术，有效的控制了工作面CO的异常涌出，实测结果证明了该技术的可靠性。

参考文献：

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［2］ 王新宇，邬剑明，吴玉国.神东矿区工作面CO来源分析及超限控制措施［J］.煤矿安全，2013，44（8）：132.

［3］ 张登龙，曾佑富.长山子煤矿1121综放工作面上隅角CO 超限原因分析与治理方法［J］.煤矿安全，2014，45（7）：159-162.

［4］ 鹿存荣，杨胜强，李伟，等.元堡煤矿1901综放面初采期采空区一氧化碳超限原因分析及防火措施［J］.中国煤炭，2011，37（10）：99-101.

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