任寶生
(山西靈石紅杏廣進(jìn)寶煤業(yè)有限公司,山西朔州036800)
就目前國(guó)內(nèi)外情況而言煤礦的許多重大事故與礦井的通風(fēng)系統(tǒng)息息相關(guān),例如許多煤礦發(fā)生的煤塵爆炸事故、瓦斯爆炸事故無(wú)不與礦井通風(fēng)系統(tǒng)不合理,或者礦井的通風(fēng)系統(tǒng)本身沒(méi)有完整的形成有關(guān)系[1]。因此就每一個(gè)煤礦而言,一套合理的通風(fēng)系統(tǒng)是煤礦安全高效地生產(chǎn)的重要保障條件之一[2]。通俗的說(shuō)合理的礦井通風(fēng)系統(tǒng)是指運(yùn)用通風(fēng)動(dòng)力的手段和最經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行方式方法,向煤礦井下各個(gè)用風(fēng)的工作場(chǎng)所提供足夠的新鮮風(fēng)流,并且提供適宜的濕度、溫度,保持良好的氣候條件,從而保證井下作業(yè)人員的生命安全和工作環(huán)境的需要,采取符合實(shí)際工作的通風(fēng)方法和礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)[3]。且在發(fā)生災(zāi)害時(shí),能夠做到及時(shí)而有效的控制風(fēng)向及風(fēng)量,并配合其他措施,將事故控制在一定范圍內(nèi),防止災(zāi)害的進(jìn)一步擴(kuò)大[4]。尤其是在煤礦工作面回撤期間,在工作面支架回撤到一定程度時(shí),頂板就會(huì)失去支撐后垮落下來(lái),從而影響到正常的通風(fēng),如果不能保證工作面通風(fēng)系統(tǒng)完整、可靠,就極易形成微風(fēng)、無(wú)風(fēng)的情況[5]。這樣很容易造成瓦斯積聚、煤塵飛揚(yáng)引發(fā)瓦斯爆炸、煤塵爆炸事故,另外還有可能引起由于缺氧造成現(xiàn)場(chǎng)工作人員窒息死亡事故的發(fā)生,因此在工作面回撤期間局部通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)整工作就顯得尤為重要[6]。本論文正是從這方面考慮,對(duì)山西朔州平魯區(qū)后安煤炭有限公司40201工作面回撤期間局部通風(fēng)系統(tǒng)就行了優(yōu)化調(diào)整,保證了礦井的安全高效地生產(chǎn)。
后安煤礦是山西朔州平魯區(qū)后安煤炭有限公司下屬煤礦,其具體位置是在朔州市平魯區(qū)東南約14.5km的陶村鄉(xiāng)王高登村附近,屬平魯區(qū)陶村鄉(xiāng)行政管轄。礦井的年生產(chǎn)能力為500×104t/a,煤田面積為4.8336km2,目前開(kāi)采的是4#、9#煤層。礦井采用的是斜立井混合開(kāi)拓方式,其中副斜井、主斜井和行人斜井為進(jìn)風(fēng)斜井,回風(fēng)立井為回風(fēng)井。礦井采用機(jī)械抽出式通風(fēng)方法,采用中央分列式通風(fēng)方式。礦井采用兩臺(tái)FBCDZ-10-№30型對(duì)旋式軸流通風(fēng)機(jī)作為礦井的主通風(fēng)機(jī)。其中,一臺(tái)作為工作風(fēng)機(jī),一臺(tái)作為備用風(fēng)機(jī)。主要通風(fēng)機(jī)配備的電機(jī)型號(hào)為YBF630S1-10,功率280kW×2。井下所有采煤工作面均采用了全負(fù)壓分區(qū)式通風(fēng),掘進(jìn)工作面均采用了壓入式通風(fēng)并且均實(shí)現(xiàn)了獨(dú)立通風(fēng)。煤礦的總風(fēng)量及各用風(fēng)地點(diǎn)風(fēng)量均能夠滿足礦井生產(chǎn)需要,且通風(fēng)系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。礦井于2019年委托重慶煤科院做了瓦斯等級(jí)鑒定,其中礦井瓦斯絕對(duì)涌出量為2.95m3/min,相對(duì)瓦斯涌出量為0.43m3/t,因此后安煤礦為低瓦斯礦井。目前礦井所開(kāi)采的4#、9#煤層均為Ⅱ類(lèi)自燃煤層,煤塵均有爆炸危險(xiǎn)性。礦井采掘機(jī)械化程度100%。目前4#煤層布置1個(gè)綜采工作面、1個(gè)掘進(jìn)工作面,9#煤層布置1個(gè)綜采工作面、5個(gè)掘進(jìn)工作面。
40201工作面位于井田東南部,東部為礦界保安煤柱,西部為未開(kāi)采的實(shí)體煤,北部與4#集中皮帶巷相鄰,南部與茂華白蘆煤業(yè)公司相鄰。40201工作面煤層厚度8.9m,煤層傾角1°~5°,平均傾角為5°,工作面切眼長(zhǎng)度為173.2m,工作面傾向長(zhǎng)度為300m。該工作面采用綜合機(jī)械化放頂煤采煤工藝,走向長(zhǎng)壁式采煤法,全部垮落法控制頂板。
2018年10月份后安煤礦40201工作面回采面臨尾聲,工作面要進(jìn)行搬家回撤工作,工作面支架回撤到一定程度時(shí),頂板就會(huì)失去支撐后垮落下來(lái),從而影響到工作面正常的通風(fēng),如果不能保證工作面通風(fēng)系統(tǒng)完整、可靠,就極易形成微風(fēng)、無(wú)風(fēng)的情況。這樣很容易造成瓦斯積聚、煤塵飛揚(yáng)引發(fā)瓦斯爆炸、煤塵爆炸事故,因此工作面局部通風(fēng)系統(tǒng)調(diào)整優(yōu)化工作迫在眉睫。
(1)按瓦斯涌出量計(jì)算[7]:
式中:Q采——回采工作面實(shí)際配要的風(fēng)量,m3/min;
100——按采煤工作面回風(fēng)流中瓦斯的濃度不應(yīng)超過(guò)1%的換算系數(shù),根據(jù)晉市煤局瓦字[2011]516號(hào)規(guī)定甲烷傳感器報(bào)警值、斷電值、復(fù)電值下調(diào)20%,因此換算系數(shù)為125;
q瓦采——回采工作面回風(fēng)巷風(fēng)流中平均絕對(duì)CH4涌出量,根據(jù)瓦斯涌出量鑒定報(bào)告4#煤層綜采工作面絕對(duì)CH4涌出量為0.93m3/min,則q瓦采=0.93m3/min;
K采通——回采工作面瓦斯涌出不均勻的備用風(fēng)量系數(shù),取1.4。
(2)按二氧化碳涌出量計(jì)算:
式中:Q采——回采工作面實(shí)際配要的風(fēng)量,m3/min;
67——按采煤工作面回風(fēng)流中CO2的濃度不應(yīng)超過(guò)1.5%的換算系數(shù);
Q二氧——回采工作面回風(fēng)巷風(fēng)流中平均絕對(duì)CO2涌出量,根據(jù)瓦斯涌出量鑒定報(bào)告4#煤層綜采工作面絕對(duì)CO2涌出量為1.25m3/min,則q二氧=1.25m3/min;
K采通——回采工作面CO2涌出不均勻的備用風(fēng)量系數(shù),取1.2。
(3)按工作面人員數(shù)量計(jì)算:
式中:N——回采工作面交接班的最多人數(shù),50人;
4——每人需風(fēng)量,4m3/min。
(4)按氣象條件計(jì)算:
式中:Qcf——回采工作面實(shí)際配要風(fēng)量,m3/min;
Vcf——回采工作面的風(fēng)速,取1.0m/s;
Scf——回采工作面平均有效斷面積,15.26m2;
Kch——回采工作面采高調(diào)整系數(shù),1.2;
Kcl——回采工作面長(zhǎng)度調(diào)整系數(shù),1.2;
70%——有效通風(fēng)斷面系數(shù);
60——單位換算產(chǎn)生的系數(shù)。
則:Qcf=60×70%×1.0×15.26×1.2×1.2=922(m3/min)
(5)風(fēng)速驗(yàn)算:依照《煤礦安全規(guī)程》第136條規(guī)定,40201綜采工作面在采取煤層注水和采煤機(jī)噴霧降塵等綜合防塵措施后的最低風(fēng)速為0.25m/s,最高風(fēng)速不得高于5m/s,通過(guò)上面三種方法計(jì)算后,取最大值進(jìn)行驗(yàn)算。
驗(yàn)算最小風(fēng)量:
驗(yàn)算最大風(fēng)量:
式中:Scb——采煤工作面最大控頂有效斷面積,m2;
lcb——采煤工作面最大控頂距,5.8m;
hcf——采煤工作面實(shí)際采高,2.8m;
Scs——采煤工作面最小控頂有效斷面積,m2;
lcs——采煤工作面最小控頂距,5.1m;
0.25——采煤工作面允許的最小風(fēng)速,0.25m/s;
5.0——采煤工作面允許最大風(fēng)速,5.0m/s;
70%——有效通風(fēng)斷面系數(shù)。
通過(guò)驗(yàn)算,40201采煤工作面實(shí)際需風(fēng)量922m3/min,滿足工作面風(fēng)速要求。
(6)配風(fēng)量的確定:經(jīng)以上計(jì)算,40201綜采工作面配風(fēng)量取922m3/min。
根據(jù)搬家回撤期間實(shí)際情況,需要將40201綜采工作面搬家期間的風(fēng)流方向與實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中風(fēng)流方向反向(即軌道順槽進(jìn)風(fēng)、膠運(yùn)順槽回風(fēng)),40201工作面正常生產(chǎn)時(shí)40201通風(fēng)系統(tǒng)如圖1所示。
圖1 40201搬家工作面調(diào)整通風(fēng)系統(tǒng)前通風(fēng)系統(tǒng)示意圖
首先,在40201膠運(yùn)順槽回風(fēng)聯(lián)巷密閉中間開(kāi)一個(gè)600mm×600mm口(最后將密閉拆除到原調(diào)節(jié)處進(jìn)行風(fēng)量調(diào)節(jié)),然后將40201軌道順槽口處密閉啟封,回風(fēng)聯(lián)巷進(jìn)行封閉,再將40201軌道順槽兩道風(fēng)門(mén)同時(shí)打開(kāi)(最后將風(fēng)門(mén)進(jìn)行拆除),同時(shí)關(guān)閉40201膠運(yùn)順槽兩道風(fēng)門(mén)。使風(fēng)流方向反向,軌道順槽進(jìn)風(fēng),膠運(yùn)順槽回風(fēng)。其次,測(cè)風(fēng)員對(duì)40201搬家工作面進(jìn)行測(cè)風(fēng),利用膠運(yùn)順槽回風(fēng)聯(lián)巷原調(diào)節(jié)風(fēng)門(mén)進(jìn)行風(fēng)量調(diào)節(jié),最終將40201搬家工作面風(fēng)量調(diào)節(jié)到不低于正常生產(chǎn)時(shí)所需風(fēng)量的一半,即不低于461m3/min。40202準(zhǔn)備工作面風(fēng)量調(diào)節(jié)到不低于461m3/min。40201工作面搬家回撤期間通風(fēng)系統(tǒng)調(diào)整后通風(fēng)系統(tǒng)圖如圖2所示。
圖2 40201搬家工作面調(diào)整通風(fēng)系統(tǒng)后通風(fēng)系統(tǒng)示意圖
最后,搬家期間測(cè)風(fēng)員不定期對(duì)搬家工作面進(jìn)行測(cè)風(fēng),如果搬家工作面在回撤支架期間發(fā)生頂板大面積垮落造成工作面風(fēng)速小于0.25m/s時(shí),則立即啟動(dòng)局部通風(fēng)機(jī),對(duì)搬家工作面采取局部通風(fēng)機(jī)供風(fēng),風(fēng)筒出口距離回撤支架工作地點(diǎn)不得大于5m,并同時(shí)將40201軌道順槽回風(fēng)聯(lián)巷密閉打開(kāi),改為調(diào)節(jié)風(fēng)門(mén)進(jìn)行風(fēng)量調(diào)節(jié)。調(diào)整通風(fēng)系統(tǒng)完畢后,由通風(fēng)區(qū)通知調(diào)度室,由監(jiān)控電工負(fù)責(zé)按照標(biāo)準(zhǔn)重新吊掛各類(lèi)傳感器。40201搬家工作面開(kāi)啟局扇后通風(fēng)系統(tǒng)示意圖如圖3所示。
圖3 40201搬家工作面開(kāi)啟局扇后通風(fēng)系統(tǒng)示意圖
(1)啟封40201膠運(yùn)回風(fēng)聯(lián)巷密閉時(shí),先由瓦斯員檢查密閉墻外的氣體,只有在瓦斯?jié)舛炔怀?%,二氧化碳濃度不超1.5%時(shí),方可進(jìn)行啟封。
(2)啟封密閉時(shí)嚴(yán)禁使用鐵器進(jìn)行啟封,必須使用銅制工具進(jìn)行啟封。
(3)啟封時(shí)必須嚴(yán)格按小斷面形成通風(fēng)系統(tǒng),待瓦斯員檢查有害氣體濃度不超限時(shí),方可逐漸進(jìn)行擴(kuò)拆。
(4)在拆除40201軌道順槽風(fēng)門(mén)時(shí),材料要碼放整齊,最后統(tǒng)一進(jìn)行清理,不得影響運(yùn)輸和行人。
(5)在搬運(yùn)風(fēng)門(mén)時(shí),搬運(yùn)人員要口號(hào)一致,防止碰手、砸腳。
(6)在拆除風(fēng)門(mén)墻,需要搭架時(shí),搭架材料必須使用結(jié)實(shí)的材料進(jìn)行搭設(shè),搭設(shè)完成后由現(xiàn)場(chǎng)安全負(fù)責(zé)人檢查無(wú)安全隱患后,方可投入使用。
(7)拆除風(fēng)門(mén)前,必須首先進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)安全確認(rèn)。
(8)在拆、裝設(shè)備期間,跟班隊(duì)長(zhǎng)、班組長(zhǎng)、電工、瓦斯員、安全員必須隨身攜帶便攜式甲烷報(bào)警儀,當(dāng)工作面瓦斯?jié)舛瘸迺r(shí),必須停止一切工作,查明原因,進(jìn)行處理。待恢復(fù)正常后方可繼續(xù)作業(yè)。
(9)在搬家期間必須加強(qiáng)通風(fēng)設(shè)施管理,每班由瓦斯員對(duì)通風(fēng)設(shè)施進(jìn)行檢查,如有損壞及時(shí)匯報(bào)通風(fēng)調(diào)度值班室,通風(fēng)區(qū)領(lǐng)導(dǎo)安排人員及時(shí)進(jìn)行恢復(fù)。
(10)在回撤支架期間發(fā)生頂板大面積垮落,破壞通風(fēng)系統(tǒng)時(shí),由通風(fēng)區(qū)派測(cè)風(fēng)員將40201軌道回風(fēng)聯(lián)巷調(diào)節(jié)風(fēng)門(mén)打開(kāi),然后由專(zhuān)職電工將局部通風(fēng)機(jī)開(kāi)啟,風(fēng)筒出口距離回撤支架工作地點(diǎn)不得大于5m,測(cè)風(fēng)員對(duì)風(fēng)量進(jìn)行調(diào)節(jié),并在40201膠運(yùn)回風(fēng)聯(lián)巷向里3000mm范圍內(nèi)安裝柵欄,并吊掛“禁止入內(nèi)”警示牌板。
(11)在40201工作面搬家結(jié)束后,拆除所有通風(fēng)設(shè)施,并在45d內(nèi),對(duì)其進(jìn)行全部封閉。
(12)砌筑密閉時(shí),要嚴(yán)格按照防火密閉構(gòu)筑標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行構(gòu)筑。
(13)40201膠運(yùn)巷口和40202膠運(yùn)巷口風(fēng)門(mén)管理措施:
①風(fēng)門(mén)由瓦斯員負(fù)責(zé)每班進(jìn)行巡檢,綜采一隊(duì)負(fù)責(zé)對(duì)風(fēng)門(mén)進(jìn)行日常維護(hù)和管理。瓦斯員發(fā)現(xiàn)風(fēng)門(mén)損壞時(shí),及時(shí)進(jìn)行匯報(bào)、處理。并對(duì)損壞風(fēng)門(mén)責(zé)任單位跟班隊(duì)長(zhǎng)罰款100元。
②任何人通過(guò)風(fēng)門(mén)時(shí),只有先打開(kāi)第一道風(fēng)門(mén)人員進(jìn)入后并關(guān)閉該風(fēng)門(mén),然后再打開(kāi)第二道風(fēng)門(mén),待人員通過(guò)后,再關(guān)閉第二道風(fēng)門(mén)。嚴(yán)禁將兩道風(fēng)門(mén)同時(shí)打開(kāi)。如有發(fā)現(xiàn),對(duì)責(zé)任人罰款100元。
③嚴(yán)禁過(guò)車(chē)時(shí)私自拆除閉鎖裝置,如有發(fā)現(xiàn),對(duì)責(zé)任人罰款500元。
④風(fēng)門(mén)前后5m范圍內(nèi),不得有雜物和積水。
⑤風(fēng)門(mén)構(gòu)筑完成后,吊掛風(fēng)門(mén)管理牌板。
(14)局部通風(fēng)管理措施:
①局部通風(fēng)機(jī)由隊(duì)組跟班隊(duì)長(zhǎng)負(fù)責(zé),每天早班安排專(zhuān)人進(jìn)行風(fēng)機(jī)切換,并將切換結(jié)果填寫(xiě)到切換記錄牌板上,保證正常通風(fēng)。在中班回撤支架期間,因檢修、停電、故障等原因停風(fēng)時(shí),必須將施工人員全部撤出工作面,綜采一隊(duì)安排人員進(jìn)行進(jìn)行處理;在早、夜班工作面未組織回撤工作時(shí),監(jiān)測(cè)監(jiān)控要對(duì)局部通風(fēng)機(jī)開(kāi)停進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),如現(xiàn)場(chǎng)局部通風(fēng)機(jī)因停電、故障等原因停風(fēng)時(shí),通過(guò)風(fēng)機(jī)開(kāi)停傳感器實(shí)時(shí)上傳到礦調(diào)度臺(tái),監(jiān)測(cè)監(jiān)控立即通知通風(fēng)區(qū)及綜采一隊(duì),綜采一隊(duì)負(fù)責(zé)對(duì)其進(jìn)行處理。
②恢復(fù)通風(fēng)前,必須由專(zhuān)職瓦斯檢查員檢查瓦斯,只有在局部通風(fēng)機(jī)及其開(kāi)關(guān)附近10m以內(nèi)風(fēng)流中瓦斯和二氧化碳濃度都不超過(guò)0.5%時(shí),方可開(kāi)啟局部通風(fēng)機(jī)。
③壓入式局部通風(fēng)機(jī)和啟動(dòng)裝置,必須安裝在進(jìn)風(fēng)巷道中,距40201軌道回風(fēng)聯(lián)巷不得小于10m且局部通風(fēng)機(jī)專(zhuān)用開(kāi)關(guān)設(shè)在局部通風(fēng)機(jī)前至少5m處。
④局部通風(fēng)機(jī)不得發(fā)生循環(huán)風(fēng)。
⑤風(fēng)筒采用?800mm的防靜電、阻燃風(fēng)筒。風(fēng)筒要嚴(yán)格按照規(guī)定進(jìn)行吊掛,做到“平、直、穩(wěn)、逢環(huán)必掛”,遇到拐彎時(shí),不得拐死角,必須使用螺旋風(fēng)筒進(jìn)行過(guò)渡。
⑥風(fēng)筒出風(fēng)口距回撤支架工作地點(diǎn)不得大于5m。
⑦風(fēng)機(jī)采用FBDNO.6.3/2×22kW局部通風(fēng)機(jī)2臺(tái),風(fēng)機(jī)必須實(shí)現(xiàn)雙風(fēng)機(jī),雙電源,三專(zhuān)兩閉鎖,并能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)切換。并吊掛風(fēng)機(jī)管理牌板和風(fēng)機(jī)切換牌板。
自從2018年10月份后安煤礦40201綜放工作面開(kāi)始搬家回撤以來(lái)由于及時(shí)進(jìn)行的局部通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)整后,工作面為發(fā)生一起瓦斯積聚、人員窒息、粉塵爆炸等事故,具有明顯的使用效果,保證了工作面的安全高效地回撤,為礦井安全生產(chǎn)提供了技術(shù)保障,具有重要的理論意義和現(xiàn)實(shí)意義。
實(shí)施局部通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化技術(shù)收到良好的使用效果可知,局部通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)整技術(shù)是一項(xiàng)成本低廉、制作方便、工人勞動(dòng)強(qiáng)度低、效果明顯、安全可靠的通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)整技術(shù),在煤礦現(xiàn)場(chǎng)得到了廣泛地推廣和應(yīng)用,但是值得注意的是必須結(jié)合煤礦現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況采取切實(shí)可行的局部通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化技術(shù),并且該技術(shù)與其他通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化技術(shù)有機(jī)結(jié)合使用效果會(huì)更好。