均壓通風技術在易燃厚煤層綜放工作面的應用

郭興明

(山西大同大學煤炭工程學院，山西省大同市，037003)

★ 煤礦安全 ★

均壓通風技術在易燃厚煤層綜放工作面的應用

郭興明

(山西大同大學煤炭工程學院，山西省大同市，037003)

針對易燃厚煤層綜放工作面存在的采空區遺煤多、漏風規律復雜、存在大量有害氣體等問題，為防止采空區發生自然發火和采空區的有害氣體異常涌入工作面，在綜放工作面構建了均壓通風系統，工作面回采期間均壓通風系統運行穩定、可靠，有效減少了工作面與采空區間的漏風量，防止了采空區自然發火和有害氣體異常涌入等災害的發生，保障了工作面的安全生產。

易燃厚煤層 自然發火 均壓通風系統 技術措施

山東省滕東煤礦主采3下煤層，該煤層平均厚度為5.27 m，采用綜采放頂煤工藝開采，屬于易自燃煤層，最短自然發火期僅為37 d。105工作面是3下煤層的第2個回采工作面，位于一采區中部，東側為107工作面采空區，其間存在4 m的煤柱，為典型的半孤島工作面。107采空區存在大量遺煤，并且存在一定量的CO和CH4等有毒有害氣體。在105工作面回采初期，工作面與其后部采空區及鄰側107采空區的漏風問題嚴重，工作面后部和鄰側采空區自然發火危險性大，同時工作面還面臨采空區有害氣體異常涌入危險，對工作面的安全生產構成了嚴重威脅。

1 工作面自然發火監測及漏風狀況檢測

1.1 自然發火監測

105工作面鄰側的107采空區存在大量遺煤，具有很大的自然發火危險性，需要對107采空區的自然發火情況進行監測，為此在105工作面回風巷道向107采空區施工了8個自然發火監測鉆孔。鉆孔長度4 m，距煤層底板1.5 m沿工作面走向布置，1#鉆孔距工作面200 m，鉆孔間距為100 m，鉆孔的具體布置如圖1所示。

每一個監測鉆孔均布置了一個溫度傳感器和一路取樣束管，共布置了8個溫度傳感器和8路取樣束管，溫度傳感器和取樣束管置于鋼管內，取樣束管的前端安設有粉塵過濾器，鋼管的兩端頭用環氧樹脂進行封堵，安裝前需對其密封效果進行檢驗。隨著105工作面的推進，每天采集并記錄各監測鉆孔的溫度數據，并通過氣相色譜分析儀對各監測鉆孔采集的氣樣進行分析，通過采空區的溫度和氣樣組成及濃度變化，對采空區的自然發火情況進行監測。

圖1 自然發火監測鉆孔布置圖

1.2 漏風狀況檢測

為全面掌握105工作面的漏風規律，采用SF6示蹤氣體檢測技術對105工作面的漏風狀況進行了檢測。首先在示蹤氣體釋放點(進風隅角)連續釋放2000 ml SF6氣體，示蹤氣體釋放后的前10 h，對1#～8#監測鉆孔每隔1 h采集氣樣一次，然后每隔2 h采樣一次，累計采樣20次。通過對105工作面的漏風檢測，發現：

(1)105工作面與采空區間存在兩條漏風通道：一是進風流由進風隅角進入105工作面后部采空區，再通過后部采空區向鄰近107采空區漏風，部分漏風通過回風隅角回流至工作面風流；二是回風巷道中的風流通過鄰空側煤柱的裂隙向107采空區漏風。后者的漏風問題更加嚴重。

(2)通過對采集到的氣樣進行分析，得出1#～8#測點的最低漏風流速分別為0.57 m/min、0.37 m/min、0.25 m/min、0.27 m/min、0.19 m/min、0.13 m/min、0.14 m/min和0.15 m/min。距工作面較近的監測鉆孔區域的漏風流速明顯更大，距工作面較遠區域的漏風流速相差不大，其中1#測點的漏風流速最大，其次是2#測點，3#、4#測點相差不大，6#～8#測點的漏風流速也相差不大。

2 均壓通風技術的應用

為了減少105工作面與采空區間的漏風量，防止采空區遺煤發生自然發火和采空區有害氣體涌入工作面，在105工作面采用了開采區均壓通風技術中的局部通風機—調節風窗聯合均壓。

2.1 均壓通風系統布置

根據105工作面的通風系統布局，在進風巷道布置2臺局部通風機，1臺正常運轉，1臺備用，在回風巷道布置調節風窗，具體布置如圖2所示。

圖2 105工作面均壓通風系統

2.2 均壓通風實施方案

(1)首先布置好調節風窗，安裝好局部通風機，并對通風機的運行情況進行調試，確保設備和線路完好，通風機性能可靠，雙風機雙電源自動切換功能靈敏可靠。

(2)在啟動均壓通風系統前，將105工作面所有作業人員撤出，并將工作面所有電氣設備電源切斷。

(3)啟動布置在進風巷道的局部通風機，通過調整回風巷道調節風窗的開口面積，對工作面的風量和風流壓力進行調節，確保工作面的風流和氣壓穩定，風量滿足要求。

(4)待檢查確認工作面、進回風流中CH4濃度小于1.0%、CO2濃度小于1.5%、CO濃度小于0.0024%，且O2濃度大于19%后，為105工作面的電氣設備供電。

(5)在均壓通風系統正常運行1 h，且確認工作面通風設施完好，通風機運行穩定可靠，風量滿足要求，風流和風壓穩定，CH4、CO2、CO和O2等氣體濃度正常后，方可允許作業人員進入工作面開始作業。

3 均壓通風系統的安全保障技術措施

(1)105工作面的帶班班長、技術員、安全員入井前，必須攜帶多功能便攜儀，以便及時掌握工作面有害氣體情況，所有作業人員必須隨身攜帶自救器，確保在緊急情況下能及時安全撤離，在進風、回風巷道超前支架處各備用2臺礦用壓縮氧式自救器作應急使用。

(2)均壓通風機、調節風窗等通風設施安排專人負責監護，合理安排均壓通風設備檢修維護時間。

(3)做好工作面液壓支架的檢修和維護，保證支架初撐力，合理掌握頂板周期來壓步距，控制工作面循環進度，降低周期來壓對均壓通風系統的影響。

(4)定期對均壓通風設施進行檢查和維護，每天對均壓通風系統的運行情況、工作面風量、風壓和有害氣體濃度進行檢查，發現異常情況立即上報并采取措施進行處理。

(5)當均壓通風機由于停電或其它原因造成通風機停止運轉，應采取如下措施：均壓通風機看護人員立即電話通知工作面，當班隊長接到電話后立即安排人員切斷工作面采煤機、刮板輸送機等所有電源，帶領工作面所有作業人員撤離。并在進風巷道和回風巷道外側設置警戒，嚴禁人員進入；均壓通風機開啟前，先由瓦檢員對通風機及其開關附近10 m范圍內的瓦斯濃度和CO濃度進行檢查，當瓦斯濃度小于1.0%、CO濃度小于0.0024%時，開啟通風機；在均壓通風機開啟30 min后，均壓通風系統運行正常，由瓦檢員檢查確認通風機運行穩定可靠、風量滿足要求、風流和風壓穩定、各氣體濃度正常的情況下，方可允許作業人員進入。

(6)如遇有計劃停風，均壓通風機檢修、雙通風機切換試驗等情況，必須提前通知調度室，現場當班隊長帶領工作面所有人員撤離，并在進風巷道和回風巷道外側設置警戒，待均壓通風機正常運轉30 min且工作面各項參數滿足要求的情況下，方可進入工作面作業。

4 均壓通風技術的應用效果

(1)在105工作面構建均壓通風系統后，結合部分漏風控制技術措施的應用(在進、回風巷道每隔20 m布置一道隔離墻；在105回風巷道向沿空側煤柱噴涂SPA-4輕型堵漏風材料)，有效減少了105工作面與采空區間的漏風量，通過采用SF6示蹤氣體檢測，發現各測點的漏風流速均降低至0.1 m/min以下。

(2)在105工作面采用均壓通風技術后，105工作面后部及鄰側采空區未發生過自然發火，同時工作面沒有出現有害氣體異常涌入的情況，工作面的CO、CH4等有害氣體始終控制在安全范圍，有效保障了工作面的安全生產。

(3)均壓通風系統的安全保障技術措施的應用，有效保障了均壓通風系統的穩定運行，均壓通風系統運行期間，工作面的風量、風壓穩定，沒有影響工作面的安全生產。

5 結論

(1)均壓通風技術在105工作面的應用，有效降低了工作面與采空區間的漏風量，防止了采空區遺煤發生自然發火和采空區有害氣體異常涌入工作面，保障了工作面的安全高效生產。

(2)防滅火監測鉆孔的應用，有效解決了采空區自然發火的監測、工作面與采空區漏風的監測以及發生煤炭自燃后對采空區自然發火區域的快速應急處理等問題。

[1]楊運良,程磊.采用均壓技術防止綜放采空區自然發火.煤礦安全, 2010(2)

[2]劉茂軍.均壓通風技術在有害氣體治理中的應用.中州煤炭, 2011(6)

[3]黃光磊.均壓通風在防止礦井漏風中的應用.中國煤炭, 2010(增)

[4]王德明.礦井火災學.徐州:中國礦業大學出版社,2008

[5]張斌.均壓通風防滅火技術的應用實踐.煤礦安全, 2011(2)

[6]吳有增.均壓通風技術在常村礦井瓦斯治理中的應用.中國煤炭,2003(2)

(責任編輯 張艷華)

Application of pressure balancing ventilation technologyin fully-mechanized caving face at inflammable thick coal seam

Guo Xingming

(College of Mining Engineering, Shanxi Datong University, Datong, Shanxi 037003, China)

Aiming at problems in fully-mechanized caving face at inflammable thick coal seam, such as residual coal at gob, complicated air leakage law, and large number of harmful gases, pressure balancing ventilation system was established at working face to prevent spontaneous combustion and harmful gases gushing into working face from happening. The system operated steadily and reliably during mining production period, effectively reduced the amount of air leakage between working face and gob, avoided the occurrence of spontaneous combustion at gob and abnormal influx of toxic gases and ensured safety production at working face.

inflammable thick coal seam, spontaneous combustion, pressure balancing ventilation system, technical measures

TD724

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郭興明(1965-)，男，山西懷仁人，在讀碩士研究生，副教授，從事教學和教學管理工作。