綜放工作面均壓通風(fēng)技術(shù)應(yīng)用研究

武 捷

（山西潞安化工集團(tuán)慈林山煤業(yè)有限公司夏店煤礦，山西 長(zhǎng)治 046000）

夏店煤礦5320綜采放頂煤工作面在回采期間因采用頂板抽放巷封閉式抽采方式對(duì)上隅角采空區(qū)內(nèi)的瓦斯進(jìn)行抽采治理，在回采過(guò)程中工作面采空區(qū)頂板垮落后極易與上覆已開(kāi)采工作面采空區(qū)聯(lián)通，造成采空區(qū)漏風(fēng)從而導(dǎo)致上覆工作面采空區(qū)內(nèi)遺落煤炭自燃，給工作面安全生產(chǎn)帶來(lái)安全隱患[1-2]。因此，為保證工作面安全回采，提出在5320工作面回采初期采用均壓通風(fēng)系統(tǒng)。本文就5320工作面均壓通風(fēng)技術(shù)方案進(jìn)行研究分析，以期為類似條件下礦井開(kāi)展均壓通風(fēng)技術(shù)提供一定技術(shù)參考。

1 工程概況

夏店煤礦5320工作面開(kāi)采煤層為5-8#煤，煤層平均厚度為13.58 m，采用綜采放頂煤采煤工藝。工作面沿煤層走向布置，設(shè)計(jì)走向長(zhǎng)度為785 m，傾斜長(zhǎng)度為215 m，采高為3.8 m，平均放煤高度為9.78 m。工作面通風(fēng)方式采用“U+I”型，即1320巷進(jìn)風(fēng)，3320巷回風(fēng)，5320頂板抽放巷進(jìn)行瓦斯抽放。1320進(jìn)風(fēng)巷和3320回風(fēng)巷均沿5-8#煤層底板掘進(jìn)，5320頂板抽放巷沿煤層頂板掘進(jìn)，并與5320工作面巷道內(nèi)錯(cuò)20 m。工作面巷道布置圖如圖1。在頂板抽放巷迎頭布置一個(gè)直徑為1.5 m的通風(fēng)孔，該通風(fēng)孔與5320工作面切眼聯(lián)通，從而確保5320工作面頂板抽放巷全風(fēng)壓通風(fēng)。

5320工作面開(kāi)采煤層上覆的11-1、12-2、14-2煤層已被早期鄰近煤礦開(kāi)采完畢形成采空區(qū)，工作面開(kāi)采的5-8#煤層與11-1、12-2和14-2煤層之間的層間距分別為168～195 m、135～162 m、151～171 m。5320工作面在開(kāi)采后其上覆巖層產(chǎn)生的裂隙與上覆采空區(qū)直接形成貫通裂隙，在工作面回采期間原上覆工作面采空區(qū)內(nèi)積聚的CH4、CO等大量有毒有害氣體將沿裂隙通道涌向5320工作面，給工作面安全生產(chǎn)帶來(lái)極大安全隱患，影響工作面正常生產(chǎn)。

2 均壓通風(fēng)技術(shù)方案

2.1 啟動(dòng)運(yùn)行條件

工作面在采取均壓措施前，在1320巷和3320巷道距離巷道開(kāi)口位置100～200 m范圍內(nèi)分別向?qū)?yīng)的上覆工作面采空區(qū)施工觀測(cè)鉆孔。在觀測(cè)鉆孔終端安裝壓差計(jì)對(duì)采空區(qū)內(nèi)的壓力進(jìn)行測(cè)試，同時(shí)對(duì)采空區(qū)內(nèi)氣體變化、采空區(qū)與工作面之間的壓力差進(jìn)行觀測(cè)，并進(jìn)行取樣化驗(yàn)，為工作面調(diào)整均壓壓力提供依據(jù)。5320工作面在回采期間，由專職瓦檢員負(fù)責(zé)對(duì)工作面上下隅角、工作面中段、上段及回風(fēng)流中的CH4、CO、O2和CO2等氣體濃度進(jìn)行測(cè)量，當(dāng)達(dá)到下述條件時(shí)：（1）觀測(cè)工作面上隅角O2濃度值連續(xù)3 d出現(xiàn)低于18%現(xiàn)象；（2）工作面漏風(fēng)量大于10%。應(yīng)立即啟動(dòng)運(yùn)行工作面均壓通風(fēng)系統(tǒng)，且開(kāi)啟前工作面要先斷電并將人員全部撤出。

2.2 工作面需風(fēng)量計(jì)算

按照相關(guān)規(guī)定要求[3-4]，工作面回采期間需風(fēng)量需按照工作面氣象條件、瓦斯涌出量、二氧化碳涌出量、作業(yè)人數(shù)等不同要求條件下進(jìn)行計(jì)算風(fēng)量，具體計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1。（根據(jù)國(guó)家煤礦安全監(jiān)察局《煤礦井下單班作業(yè)人數(shù)限員規(guī)定（試行）》要求“災(zāi)害嚴(yán)重礦井機(jī)械化采煤工作面檢修班最大作業(yè)人數(shù)不超過(guò)40人”，本礦井為高瓦斯礦井，屬于災(zāi)害嚴(yán)重類型礦井，工作面采用綜合機(jī)械化采煤工藝，故按最大作業(yè)人數(shù)計(jì)算工作面配風(fēng)量時(shí)最大作業(yè)人數(shù)按40人計(jì)算）

表1 工作面在不同條件下所需風(fēng)量計(jì)算結(jié)果

根據(jù)計(jì)算結(jié)果選取最大需風(fēng)量值，故Qc為1642 m3/min。

因工作面生產(chǎn)期間采用防爆柴油機(jī)車進(jìn)行運(yùn)輸物料和人員，因此，在計(jì)算風(fēng)量時(shí)需考慮給運(yùn)輸車輛增加配風(fēng)量，具體需增配風(fēng)量計(jì)算公式如下：

式中：Qr為稀釋柴油機(jī)車尾氣所需風(fēng)量，m3/min；Ndl為機(jī)車數(shù)量，臺(tái)，取值2；Pdl為柴油機(jī)車功率，取值70kW。將以上數(shù)據(jù)代入公式（1）計(jì)算可得Qr=560 m3/min。

綜上可知，5320工作面回采期間所需的總風(fēng)量為Qcf=Qc+Qr=2202 m3/min。

2.3 工作面均壓風(fēng)機(jī)型號(hào)選擇

5320工作面回采期間配風(fēng)量為2202 m3/min。在實(shí)際通風(fēng)過(guò)程中，該工作面均壓風(fēng)筒漏風(fēng)量為60 m3/min，軌道運(yùn)輸斜巷風(fēng)門漏風(fēng)量為150 m3/min，皮帶運(yùn)輸聯(lián)巷風(fēng)門漏風(fēng)量為450 m3/min，回風(fēng)巷繞巷漏風(fēng)量為350 m3/min，累計(jì)漏風(fēng)量為1010 m3/min。為滿足工作面生產(chǎn)配風(fēng)量需要，均壓風(fēng)機(jī)的吸風(fēng)量需達(dá)到3212 m3/min以上，據(jù)此確定選擇風(fēng)機(jī)型號(hào)為FBDNo8.0/2×75的局部通風(fēng)機(jī)，共計(jì)配備4臺(tái)，實(shí)行并聯(lián)運(yùn)行，風(fēng)量可滿足工作面均壓供風(fēng)需求。

3 風(fēng)機(jī)及通風(fēng)設(shè)施安裝方案及應(yīng)用效果

3.1 風(fēng)機(jī)及通風(fēng)設(shè)施安裝方案

（1）在1320運(yùn)輸斜巷構(gòu)筑3道均壓風(fēng)門，在1320皮帶運(yùn)輸聯(lián)巷內(nèi)構(gòu)筑2道均壓風(fēng)門，同時(shí)在1320巷道內(nèi)構(gòu)筑3道均壓調(diào)節(jié)風(fēng)門。安裝的通風(fēng)設(shè)施必須全部實(shí)現(xiàn)閉鎖要求，在過(guò)風(fēng)門皮帶跨風(fēng)門口處必須安裝擋風(fēng)裝置。

（2）在1320升壓措施巷安裝型號(hào)為FBD No8.0/2×75kW的對(duì)旋軸流局部通風(fēng)機(jī)，共計(jì)安裝8臺(tái)，其中4臺(tái)正常開(kāi)啟，4臺(tái)作為備用風(fēng)機(jī)。同時(shí)，為保證均壓風(fēng)機(jī)向工作面正常供風(fēng)，在1320升壓措施巷內(nèi)設(shè)置1道密閉墻，穿過(guò)密閉墻安裝4趟直徑為1000 mm的鐵風(fēng)筒用于向工作面供風(fēng)。通風(fēng)設(shè)施安裝構(gòu)筑具體情況如圖1。

圖1 工作面均壓通風(fēng)系統(tǒng)通風(fēng)設(shè)施布置圖

（3）在1320皮帶運(yùn)輸聯(lián)巷內(nèi)過(guò)風(fēng)門皮帶口處必須安裝全封閉的防漏風(fēng)裝置，同時(shí)將過(guò)風(fēng)門墻的所有管路、電纜孔和水溝等存在漏風(fēng)的地方使用黃泥等進(jìn)行封堵填實(shí)，減少漏風(fēng)，并將巷道內(nèi)安裝的所有風(fēng)門設(shè)置為自動(dòng)風(fēng)門。

（4）把5320工作面和1320巷內(nèi)安裝的所有風(fēng)門全部安裝閉鎖裝置，并設(shè)置語(yǔ)音報(bào)警信號(hào)裝置。

（5）在1320和3320斜巷風(fēng)門外分別安裝一個(gè)壓差計(jì)和壓力傳感器，實(shí)時(shí)對(duì)5320工作面的下部和上部的壓差進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

（6）5320工作面甲烷傳感器設(shè)置參數(shù)見(jiàn)表2，同時(shí)在工作面上隅角和回風(fēng)流中分別安裝1臺(tái)氧氣傳感器，其報(bào)警值為≤18%。在5320工作面上隅角和回風(fēng)流以及在1320皮帶運(yùn)輸機(jī)機(jī)頭下風(fēng)側(cè)向外5 m左右位置分別安裝1臺(tái)CO和溫度傳感器，其中CO傳感器報(bào)警值為≥24×10-6ppm，溫度傳感器報(bào)警值為≥26 ℃。

表2 5320工作面CH4傳感器工作參數(shù)值

（7）為達(dá)到工作面發(fā)生自然發(fā)火災(zāi)害時(shí)能夠在最短時(shí)間內(nèi)把工作面進(jìn)行全部封閉的要求，在5320工作面進(jìn)風(fēng)順槽和回風(fēng)順槽距巷道口10～30 m位置各構(gòu)筑一道防火門。

3.2 應(yīng)用效果

采取均壓通風(fēng)措施以后，5320工作面上覆采空區(qū)內(nèi)的有毒有害氣體涌出量得到有效控制。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)，CO濃度一直處于0，CH4、O2、CO2等氣體濃度均在允許范圍之內(nèi)，保障了工作面安全生產(chǎn)。

4 安全技術(shù)措施

（1）在1320巷、5320巷及1320斜巷和皮帶聯(lián)巷每班安排專人對(duì)均壓通風(fēng)設(shè)施進(jìn)行看管并檢查設(shè)施的完好情況。

（2）工作面每班配備專職瓦檢員對(duì)工作面上下隅角、工作面中部、上部、回風(fēng)流等地點(diǎn)的CH4、O2、CO2、CO濃度及溫度和壓力變化情況進(jìn)行檢查，每班不少于3次，并做好記錄，向通風(fēng)調(diào)度人員匯報(bào)檢查情況。

（3）加強(qiáng)對(duì)工作面主均壓風(fēng)機(jī)和備用風(fēng)機(jī)的檢查維護(hù)，確保能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)倒臺(tái)切換。同時(shí)，對(duì)風(fēng)機(jī)的自動(dòng)倒臺(tái)切換定期進(jìn)行試驗(yàn)，每間隔10 d開(kāi)啟備用風(fēng)機(jī)一次并使其連續(xù)運(yùn)行時(shí)間不少于2 h。每天安排專人對(duì)語(yǔ)音報(bào)警裝置進(jìn)行檢修并測(cè)試其是否正常。

（4）每周至少組織一次對(duì)5320工作面對(duì)應(yīng)上覆工作面采空區(qū)內(nèi)的觀測(cè)鉆孔內(nèi)的氣體成分進(jìn)行取樣化驗(yàn)分析，出現(xiàn)異常情況要及時(shí)分析原因并采取措施進(jìn)行處理。

（5）加強(qiáng)工作面上隅角維護(hù)和管理，工作面回采期間每班安排專人對(duì)工作面和上隅角進(jìn)行灑水沖刷，并及時(shí)清理上隅角的積煤、雜物，確保上隅角通風(fēng)斷面符合要求。同時(shí)在生產(chǎn)期間要確保工作面最后一架支架距巷道上幫的間距不少于0.8 m。

5 結(jié)語(yǔ)

5320工作面在開(kāi)采后其上覆巖層產(chǎn)生的裂隙與上覆11-1、12-2和14-2煤層采空區(qū)直接形成了聯(lián)通通道，極易造成上覆工作面采空區(qū)內(nèi)積聚的大量有毒有害氣體沿著裂隙通道涌向5320工作面，同時(shí)還會(huì)引起煤炭自燃，給工作面安全生產(chǎn)帶來(lái)極大安全隱患，影響工作面正常生產(chǎn)。結(jié)合5320工作面現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)采的實(shí)際情況，提出對(duì)工作面采取均壓通風(fēng)技術(shù)，并對(duì)工作面均壓通風(fēng)風(fēng)量配備、風(fēng)機(jī)選型與安裝、通風(fēng)設(shè)施布置等進(jìn)行方案設(shè)計(jì)，采取相應(yīng)的安全技術(shù)措施，確保5320工作面上覆采空區(qū)內(nèi)的有毒有害氣體涌出量得到有效控制，保障工作面安全生產(chǎn)。