綜采放頂煤工作面合理通風參數選取初探

摘要：綜采面作業除了要防止瓦斯爆炸安全事故發生以外，還需做好防塵、防火準備。文章以五家煤礦四井綜采作業為例，通過現場實測結合計算機數據模擬方式，得出了與綜放工作面相符的通風風量。

關鍵詞：綜放工作面 風量 通風參數

1 概述

五家煤礦四井礦井生產能力為120萬t/a，主采煤層為侏羅系元寶山組2#煤，煤層厚度5.0～7.6m，平均厚度為6.36m，煤體是普氏系數為f=1.0～1.4、松軟的長焰煤，煤層節理復雜，賦存相對穩定，屬煤巖互層結構；煤層傾角8°～13°，平均10°。掘進時可能發生煤塵爆炸事故，煤塵爆炸指數是48.68%，煤層具有自燃傾向，自燃發火期通常為1～3個月，煤層屬于自燃煤層。

五家煤礦四井自2008年以來先后對六個工作面實施了綜采作業，雖然在一定程度上達到了高產、高效的目的，但是采出率依然很低，而且井下通風防火情況令人堪憂。相較于炮采等普通綜采作業而言，其產量大、產塵點多、產塵量和瓦斯涌出量都比較高，采空區遺煤量大，為通風防火管理帶來諸多不便。科學設計通風參數是綜放面“一通三防”技術實施的重點，風速、瓦斯和溫度是以往綜采面風量配給需要考慮的三個關鍵性因素，綜放面還要兼顧采空區防火、防塵要求，所以煤礦生產模式下設計的通風參數必須符合現場作業條件，才能起到良好的通風防火效果。利用實地量測、計算機數值模擬等途徑配合現場分析對比，最終確定適合綜放工作面通風防火條件的通風參數。

2 瓦斯涌出規律

由于2#煤層煤質松軟，孔隙率大，瓦斯易于逸出，瓦斯放散指數Δ=880Pa，孔隙率υ=5.56%，瓦斯含量系數α=13.09m3/（m3·MPa0.5），瓦斯壓力小。產量的變化與瓦斯涌出量之間沒有直接的聯系，但是產量的增加反而會使瓦斯涌出量降低。為探究作業面風量和絕對瓦斯涌出量之間存在的關系，在206綜放作業面對作業面風量進行適當調整來監測上隅角瓦斯濃度的變化情況。通過對瓦斯涌出規律的分析，得出如下結論：當風量小，沒有足夠的能力稀釋瓦斯，風量增大，上隅角氣體被稀釋，當風量達到上限值，采空區的瓦斯將隨風飄出，又會增大氣體濃度。只有合理控制送風量才可以確保作業面內的氣體濃度始終在可控范圍以內。

3 工作面粉塵濃度與風量的關系

由于綜采放頂煤作業面產塵點除采煤機割煤外，增加

了移架過程中架前架間漏煤、架后放煤以及兩部刮板輸送

機運煤，都有可能使煤塵量增大，特別是放煤、移架環節煤

塵量達到最大值，因此，根據不同風量下落煤和移架工序的產塵量，確定合理的風量，合理的風量可以實現最小產塵量。

4 采空區遺煤發火與風量的關系

由于我礦煤體存在嚴重的自然發火情況，只有找出風量和采空區“三帶”之間的分布特點，綜合運用埋束管取樣與數學模型模擬分析法才能防止火災發生。

4.1 “三帶”分布規律

將各項參數的回歸方程分別求解、分析，總結出以下規律：①氧氣含量隨作業面的推進呈現對數函數衰減的趨勢，氧含量達到10%時，采空區深度是56.5m。②一氧化碳濃度隨作業面的持續推進而不斷上升，到達峰值后開始下降；在一氧化碳濃度值達到峰值的情況下，采空區深度是29m；一氧化碳濃度為零，采空區深度達到55m。③當采空區深度達到15m，溫度升高，這說明遺煤進入自燃帶范圍，對回歸方程求解，得出最易氧化帶和窒息帶邊界分別是33m、60m。也就是說，在作業面風量達到610m3/min，工作面兩端壓差為22Pa的條件下，不自燃帶為0～15m；自燃帶為15～60m；窒息帶>60m，深度達到29～33m時最易自燃。

4.2 采空區漏風流場數值模擬分析

采空區遺煤自燃發火的根源在于漏風風流的影響。而作業面風量和漏風量之間有必然的聯系，所以，深入調研采空區風流分布與工作面風量之間的聯系，就能夠確定工作面風量和遺煤自然發火之間的聯系。

采空區內風流與非線性滲流定律極為相似，借助計算機技術，通過有限元法插值求解，將邊界條件輸入計算機程序，改變風量模擬解算。計算數據表明，“三帶”位置的變化與風量變化呈正相關。為期23個月的綜方面掘進施工統計月推進度為42～45m，若這個數值小于自燃帶距離，煤體就會自燃，可以找出與自燃帶距離45m的適宜風量為620m3/min。

5 風量計算

工作面風量的配風依據在《煤礦安全規程》可參照的有第106、107、108及110條，法定標準規定工作面及回風流瓦斯濃度≤1%，容許風速0.25～5m/s；空氣溫度≤26℃；工作地點每人供風量≥4m3/min。

依據平莊煤業（集團）公司風量計算細則，計算如下：

6 結論

綜采面的通風模式設計為“U”形，上行通風，風量控制在580～620m3/min，作業面上隅角瓦斯濃度<0.5%，風速符合綜采要求，能夠有效排除煤塵，此時作業面前部輸送機上方風速達到了每秒1.3～1.5m，后部輸送機上方風速為每秒0.8～1.1m。月推進速度超過40m，不借助其他技術措施便可將一氧化碳濃度控制在可控范圍以內，能夠確保工作面不發火，確保了安全生產，同時減少了大量的人力物力。

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作者簡介：田華明（1968-），男，內蒙古赤峰人，總工程師，高級工程師，采礦技術。