均壓通風(fēng)在大柳塔煤礦22103綜采工作面的應(yīng)用

摘 要：在聯(lián)合采用均壓通風(fēng)方法和偏Y型通風(fēng)方式，輔以加強(qiáng)聯(lián)巷支護(hù)、密閉噴漿和地表回填堵漏等方法后，大柳塔煤礦成功解決了小煤窯采空區(qū)下近距離煤層回采過程中采空區(qū)自然發(fā)火、有害氣體威脅的問題，為礦井安全生產(chǎn)提供了寶貴經(jīng)驗。

關(guān)鍵詞：近距離回采；自然發(fā)火；均壓通風(fēng)；偏Y型通風(fēng)

1 引言

大柳塔煤礦是全國首個建成“雙井雙千萬噸”的特大型現(xiàn)代化安全高效礦井，享有有世界最大井工煤礦之美譽(yù)。礦井周邊分布有16個小煤窯，隨著小煤窯越界開采危害的擴(kuò)大，礦井通風(fēng)安全和防滅火工作難度逐年加大。其中22103綜采工作面在小煤窯下近距離回采過程中，受到?jīng)_擊地壓和小煤窯采空區(qū)熄滅火區(qū)的威脅，工作面采用常規(guī)的負(fù)壓通風(fēng)方法和U型通風(fēng)方式，已不能滿足安全生產(chǎn)的需要。均壓通風(fēng)是礦井防滅火的一項重要技術(shù)手段，通過均壓通風(fēng)可以減小工作面與相鄰采空區(qū)的漏風(fēng)壓差，保持工作面與相鄰采空區(qū)的壓力平衡，能有效的預(yù)防采空區(qū)內(nèi)因火災(zāi)，同時抑制鄰近采空區(qū)有毒有害氣體的涌出。偏Y型通風(fēng)方式，又稱順向參新通風(fēng)方式，這種通風(fēng)方式能有效改善回風(fēng)隅角附近區(qū)域的氣候環(huán)境。以上兩種技術(shù)綜合應(yīng)用，不僅可以有效解決漏風(fēng)引起的自然發(fā)火、隅角氣體濃度異常等問題，還可以有效的改善工作面及其順槽的作業(yè)環(huán)境。

2 22103綜采工作面概況

大柳塔煤礦22103綜采工作面傾向長度322.7m，走向長度1570.0m，煤層傾角1～3°，煤層厚度3.81～4.21m，工作面設(shè)計采高3.75m，煤層自然發(fā)火期為30d，屬侏羅紀(jì)Ⅰ類容易自燃煤層。煤層上覆第四系松散層及延安組基巖地層，松散層厚度11.11～30.34m，頂板以粉砂、細(xì)砂巖為主，水平及微波狀層理。工作面東側(cè)為火燒區(qū)邊界，南側(cè)為22102采空區(qū)，西側(cè)為盤區(qū)輔運大巷，北鄰盤區(qū)回風(fēng)措施巷，上覆20.00～30.21m有1-2煤小煤窯采空區(qū)。小煤窯采空區(qū)在2004年至2007年間一直存在火區(qū)，經(jīng)采取封閉井口和注漿等措施后火區(qū)于2007年11月底熄滅。22103綜采工作面負(fù)壓U型通風(fēng)系統(tǒng)圖如圖1所示。

圖1 22103綜采工作面負(fù)壓U型通風(fēng)系統(tǒng)圖

3 均壓通風(fēng)前氣體濃度及壓差等參數(shù)測定

由于工作面進(jìn)、回風(fēng)順槽與相鄰巷道或采空區(qū)之間存在漏風(fēng)通道，且風(fēng)流在巷道流動過程中受摩擦阻力和局部阻力的影響，形成了巷道與巷道、巷道與采空區(qū)之間的漏風(fēng)現(xiàn)象。

3.1 漏風(fēng)量的測定

在工作面回風(fēng)順槽超前支護(hù)段和靠近總回風(fēng)巷附近設(shè)定測點A和B，分別測定A、B兩點的斷面和風(fēng)速，并計算出風(fēng)量QA和QB，則：ΔQ=QB-QA，測得采空區(qū)漏向回風(fēng)順槽的風(fēng)量為16m3/min。用同樣的方法，測得采空區(qū)漏向工作面漏風(fēng)量為96m3/min。

3.2 漏風(fēng)壓差的測定

采用氣壓計同步法測定巷道的通風(fēng)壓能差，測定前把兩臺型號相同的儀器A和儀器B同時放在工作面機(jī)頭（測點1），對兩臺儀器的讀數(shù)進(jìn)行校正，分別記下兩臺儀器的絕對靜壓值PA和PB，若測定過程中兩臺儀器的性能保持不變，設(shè)ΔP=PA-PB，則PA=PB-ΔP。

把儀器A留在工作面機(jī)頭（測點1），儀器B移到工作面機(jī)尾（測點2），按照約定時間同時讀數(shù)，并同時測定兩測點的風(fēng)速、大氣壓力和干、濕球溫度。則兩測點間的全壓能差如下：

P1-2=PA1-（PB2-ΔP）+Z1-2ρm1-2g+1/2（ρ1ν12-ρ2ν22）

式中PA1和PB2 -A、B儀器在1，2點的絕對靜壓讀數(shù)，Pa；

測得測點1與測點2間（工作面機(jī)頭與機(jī)尾）的全壓能差為70Pa，此外利用U型水柱計測得鄰近的22102采空區(qū)內(nèi)外壓差為62Pa，上覆12煤采空區(qū)內(nèi)外差壓為110 Pa。

3.3 回風(fēng)隅角氣體濃度測定

分別用便攜式氧氣檢測儀和一氧化碳檢測儀測得工作面回風(fēng)隅角至機(jī)尾最后兩臺支架大腳以里區(qū)域濃度氧氣為12.8%、一氧化碳濃度為19ppm。

表1 未采取均壓通風(fēng)等措施漏風(fēng)及差壓情況

4 綜合防火措施的實施

4.1 采用偏Y型通風(fēng)

如圖2所示，工作面布置三條巷道，其中一條用做專用回風(fēng)巷，采取兩進(jìn)一回的通風(fēng)方式，并滯后工作面一個聯(lián)巷封閉采空區(qū)，將回風(fēng)隅角氣體濃度異常區(qū)域后移，利用調(diào)節(jié)風(fēng)窗分配回風(fēng)順槽超前及滯后工作面聯(lián)巷的風(fēng)量。

4.2 采用均壓通風(fēng)

在22103運順（2）安設(shè)2趟BDKJNo6.0型號、2×45kw功率局部通風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)穿過聯(lián)巷密閉向工作面供風(fēng)，供風(fēng)量為1268m3/min，同時在盤區(qū)輔運大巷安設(shè)1趟BDKJNo6.0型號、2×30kw功率局部通風(fēng)機(jī)，供風(fēng)量為435m3/min，配套使用φ800mm軟性風(fēng)筒引至22103回順⑴供風(fēng)，聯(lián)合采用偏Y型通風(fēng)方式，如圖2所示。

圖2 22103綜采工作面均壓通風(fēng)系統(tǒng)圖

4.3 堵漏裂隙，減小采空區(qū)漏風(fēng)量

4.3.1 加固回填地表塌陷區(qū)，減少地表漏風(fēng)

22103綜采工作面采空區(qū)上覆地表塌陷后，采用人工回填和機(jī)械回填相結(jié)合的方式，及時對塌陷區(qū)的裂隙進(jìn)行回填，并用裝載機(jī)對已回填裂隙進(jìn)行碾壓，以減少地表向采空區(qū)漏風(fēng)，并每天對地表塌陷區(qū)進(jìn)行巡查，隨時回填新裂隙，直至塌陷穩(wěn)定。

4.3.2 加強(qiáng)巷道支護(hù)、噴漿加固密閉，減少密閉漏風(fēng)

對鄰近22103綜采工作面采空區(qū)的所有聯(lián)巷打錨索補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)，防止密閉承壓發(fā)生剪切變形后形成漏風(fēng)裂隙。并對聯(lián)巷內(nèi)所有密閉采取噴漿加固措施，既能增加密閉強(qiáng)度，又能填堵漏風(fēng)裂隙。

5 效果分析

經(jīng)現(xiàn)場實測和驗證，工作面配風(fēng)量1500m3/min、回風(fēng)順槽超前支護(hù)段聯(lián)巷回風(fēng)1200m3/min、滯后封閉的聯(lián)巷回風(fēng)300m3/min左右，工作面和回風(fēng)隅角氣體濃度在《規(guī)程》規(guī)定的范圍內(nèi)。

采取均壓通風(fēng)措施后工作面沿線壓能增加200Pa，使工作面漏風(fēng)量由均壓前采空區(qū)向工作面漏96m3/min改變?yōu)橛晒ぷ髅嫦虿煽諈^(qū)漏71m3/min，相鄰采空區(qū)內(nèi)外壓差由62Pa下降至30Pa，上覆采空區(qū)內(nèi)外壓差由110Pa下降至75Pa，回風(fēng)隅角氧氣濃度由均壓前的12.8%上升至均壓后的20.4%、一氧化碳濃度由19ppm下降至3ppm。有效地減小鄰近采空區(qū)和上覆小煤窯采空區(qū)的漏風(fēng)、壓差，極大的降低了相鄰采空區(qū)自然發(fā)火和漏風(fēng)引燃上覆小煤窯采空區(qū)已熄滅火區(qū)的可能性，詳細(xì)效果請見表2和表3。此外，均壓聯(lián)合偏Y通風(fēng)的方式，有效的增強(qiáng)了工作面抗災(zāi)能力，在工作面頂板大面積垮落、上覆采空區(qū)有害氣體大量涌出的情況下，均壓通風(fēng)能抑制有害氣體向工作面擴(kuò)散，同時偏Y通風(fēng)方式使得工作面兩側(cè)順槽均為進(jìn)風(fēng)巷道，為工作面機(jī)頭、機(jī)尾作業(yè)人員快速撤離提供了安全通道。

6 結(jié)束語

在同時采用偏Y型通風(fēng)方式和均壓通風(fēng)方法的基礎(chǔ)上，輔以加強(qiáng)聯(lián)巷支護(hù)、密閉噴漿和地表回填堵漏等方法后，22103綜采工作面從回采到封閉，未出現(xiàn)氣體濃度異?，F(xiàn)象，且工作面采空區(qū)、鄰近采空區(qū)和上覆小煤窯采空區(qū)均未發(fā)現(xiàn)自然發(fā)火的跡象，采空區(qū)始終保持“六低一高”（ 低O2、低CO、低CO2、低CH4、低溫、低壓差、高N2）的惰化狀態(tài)，使工作面在上覆有小煤窯浮煤自燃、有害氣體的威脅的情況下，得以安全順利的回采完畢。

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作者簡介：王貴林，男，中共黨員，內(nèi)蒙涼城人，工程師，采礦工程碩士研究生?，F(xiàn)任神華神東煤炭集團(tuán)公司大柳塔煤礦副總工程師。