兩進一回均壓通風防滅火技術的應用

王海生

(中煤科工集團重慶研究院有限公司，重慶市沙坪壩區，400037)

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兩進一回均壓通風防滅火技術的應用

王海生

(中煤科工集團重慶研究院有限公司，重慶市沙坪壩區，400037)

板定梁塔煤礦1203工作面在主要通風機負壓作用下，周邊火區的CO氣體通過地面裂隙或采空區等漏風通道進入工作面，引起CO超限。針對1203工作面兩進一回的特點，通過構建通風機、風門、密閉、氣室、調節風窗等通風構筑物，成功應用了均壓通風防滅火技術，實現了工作面風量、上下煤層風壓的動態平衡，防止了風流反向，降低了風流煤塵濃度。結果表明：均壓通風防滅火技術提升了工作面風流壓力，減少了漏風量，有效抑制了采空區CO氣體向回采工作面溢出。

防滅火 均壓通風 上隅角 兩進一回通風 采空區 一氧化碳氣體

據統計，神木縣的大柳塔、中雞、孫家岔、店塔等7個煤田區域存在火災隱患，這些地區地面裂隙和火點多，房柱式采空區空間大，小煤礦露頭火區影響到周邊146個煤礦。由于滅火工程投入大、周期長，大部分井工開采的礦井受到周邊火區的影響，在短時間內都不能靠滅火解決問題。均壓通風是防止因周邊火區導致工作面CO超限的一種有效防滅火措施。目前國內學者對均壓通風已經進行了大量研究，在U型通風、U+I型通風、U+U型通風和Y型通風工作面應用均壓技術，抑制了上部采空區CO涌入本煤層工作面，確保了井下工人安全作業。針對兩進一回U型通風工作面，孟清華采用了均壓通風技術解決了補連塔煤礦上隅角氧體積分數偏低問題，但是沒有考慮工作面進風巷道風流反向的問題；陳萬勝等雖然在工作面運輸巷道和輔運巷道設置了均壓通風機，解決了風流反向的問題，但是卻增加了風流中煤塵濃度。本文以板定梁塔煤礦1203回采工作面為研究對象，針對兩進一回U型通風工作面的特點，應用均壓通風防滅火技術治理上覆房柱式采空區CO氣體涌入工作面的問題。

1 工作面概況

板定梁塔煤礦位于陜北侏羅紀煤田，北部以陜蒙邊界為界，東北部與活雞兔井田及朱家溝煤礦相鄰。礦井設計生產能力為0.9 Mt/a，主要開采1-2上#、1-2#、2-2#、3-1#煤層, 其中1-2上#煤層和1-2#煤層平均間距為25 m。1-2#煤層布置的1203工作面埋藏深度為100 m，走向長度為739 m，傾向長度為200 m，采用綜合機械化一次采全高。工作面煤層賦存比較穩定，煤層厚度為3.7～4.3 m，平均厚度為4.0 m，煤層厚度變化極小。煤層自燃傾向性等級為Ⅰ類，屬易自燃煤層。工作面東側為1201綜采工作面采空區，西側為炮采采空區，上覆煤層已經全部回采完畢。1203工作面設計采用U型負壓通風，運輸巷道和輔運巷道進風，回風巷道回風。

2 工作面CO超限情況

1201工作面回采過程中，與當時為備采工作面的1203工作面采用了雙工作面聯合均壓通風。1201工作面回采完畢封閉后，1203工作面就切換為負壓通風。2016年5月8日，回風井井口CO濃度達到了0.0073%，初步分析認為是風量過小造成的，便采取了加大風量的措施；5月9日CO濃度下降至0.0028%；但在5月10-12日CO濃度又呈上升趨勢，達到了0.006%左右；5月13日，安排技術人員排查井下CO涌入點，發現盤區大巷與1201采空區構建的3處密閉CO超限。1203回風巷道和盤區大巷與1201采空區的聯絡巷共構建了12處密閉，為了分析上煤層采空區內氣體濃度，也為了工作面應用均壓通風時觀測上下煤層的壓差，在每處密閉的聯絡巷口向1-2上#煤層采空區施工了12個探測鉆孔(編號1#～12#)，從5月14-20日連續7 d對所有的鉆孔上煤層采空區內CO濃度測量1次。上煤層采空區CO濃度變化趨勢如圖1所示。

從圖1可以看出，距離1203工作面切眼位置最近的1#探測鉆孔內CO濃度最低，為0.0327%，離切眼越遠，越靠近盤區回風大巷的探測鉆孔CO濃度越高，12#探測鉆孔內CO濃度最高，達到0.126%。每個鉆孔內CO濃度在幾天內都呈現相對穩定的趨勢，而且上部采空區氣體溫度為常溫，說明CO并非是上部采空區煤炭自燃產生的。CO氣體濃度高的原因有兩個：一是板定梁塔煤礦煤層埋藏淺，上下煤層的采空區與地面出現的裂縫互相貫通，形成了一個漏風通道；另一個是周邊的朱家溝煤礦采用了露天剝離的方式對原來房柱式開采殘留煤柱進行回采，而1201采空區與朱家溝煤礦直線距離僅為100 m，在負壓通風作用下，井田邊界露天剝離煤柱自燃產生的有毒有害氣體會通過漏風通道涌入1203工作面。因此在1203工作面應用均壓通風防滅火技術，可以防止朱家溝煤礦露天剝離煤柱自燃產生的有毒有害氣體進入工作面，確保1203工作面的安全回采。

3 工作面均壓通風系統的應用

3.1 原理

均壓通風是在礦井主要通風機合理運行工況條件下，調整井下風流，改變巷道風壓，均衡火區，減少和杜絕漏風，可以惰化或抑制煤炭自然發火。而調節進、回風巷之間的風壓主要是利用通風機、風窗、風門等通風設施，通風機選擇主要是由工作面風量及風壓所定。

3.2 通風機選型

1203工作面的配風量根據礦井通風能力核定標準，依據CH4、CO2涌出量、工作面氣溫、人數和風速等規定進行計算，然后取其中最大值。

(1)按CH4涌出量計算，工作面絕對瓦斯涌出量為5.02 m3/min，瓦斯涌出量不均勻的備用系數取最大值1.6，則工作面風量為803 m3/min。

(2)按CO2涌出量計算，工作面CO2絕對涌出量為1.3 m3/min，CO2涌出量不均勻的備用系數取最大值1.6，則工作面風量為140 m3/min。

(3)按氣象條件計算，根據溫度選取采煤工作面風速1.3 m/s，回采工作面平均有效斷面19.19 m2，工作面采高調整系數和長度調整系數都取1.2，則工作面風量為1509 m3/min。

(4)按工作面人員需求風量計算，則工作面風量為80 m3/min。

根據回采工作面進、回風巷最低、最高風速可以得出工作面風量的最小值與最大值分別為287 m3/min和4605 m3/min，則1203工作面所需風量應取為1509 m3/min。工作面的風壓要求是1000～1600 Pa，綜合以上兩個條件，選擇4臺2×55 kW的FBD對旋式軸流局部通風機供風，兩用兩備。

3.3 均壓通風系統的設置

為了在1203工作面應用均壓，需要構筑密閉、風門、調節風窗等通風設施，具體位置見圖2，由圖2可以看出：在輔運巷道與盤區運輸大巷交叉口安裝4臺2×55 kW的局部通風機，并在距電機4 m的位置構建一道帶風筒孔口的密閉；在運輸巷道與盤區輔運巷道聯絡巷口安裝2臺2×11 kW局部通風機，并新建兩道密閉，密閉間距3 m，預留膠帶通道和行人風門，靠近通風機一側的密閉還要預留風筒孔口。這樣建立的氣室不但可以避免運輸巷道風流反向，也避免風流吹起膠帶上的煤塵，增加了工作面風流中的粉塵濃度，膠帶通道處懸掛兩道風障，防止工作面通過膠帶通道漏風；在輔運巷道和與盤區輔運大巷聯絡巷以及回風巷道與盤區輔運大巷處新建風門；在回風巷道尾端，回風巷道與盤區運輸大巷處新建調節風窗；在回風巷道與回撤通道交叉口安裝U型水柱計，可以觀測上下煤層的壓力差。

圖2 均壓通風示意圖

3.4 防滅火效果分析

通風設施構筑完成后，5月22日啟動均壓通風機，同時在上、下隅角懸掛風障，防止工作面向采空區漏風，安排專人看管通風機、風門。調節1203工作面的調節風窗，使1203回風巷道風量為1350 m3/min，回風巷道調節風窗兩側的壓差為210 Pa，上下煤層U型水柱計讀數30 Pa，說明本煤層比上煤層的壓力高30 Pa。均壓通風系統穩定24 h后，工作面上隅角和回風巷CO讀數分別為0.0003%和0.0004%。

工作面回采期間，技術人員每天測量并記錄U型水柱計和工作面CO讀數。根據記錄數據做出工作面上下煤層壓差與CO濃度變化圖，如圖3所示，可以看出上下煤層壓差一直保持一個正值，說明測點處的本煤層壓力比上煤層的壓力高。其中在7月25日的壓差最大為48 Pa，是因為當時上隅角CO濃度突然增大，將回風巷道的調節風窗調小、工作面的壓力變大引起的。U型水柱計被設置在1203工作面回風巷道末端，依據工作面壓力分布規律，判斷出從運輸巷道到回風巷道整個采煤工作面的壓力都是高于上部煤層采空區的壓力，有效地防止上部采空區有毒有害氣體進入工作面。

1203工作面應用均壓通風以來，工作面CO濃度沒有超限報警，上隅角CO濃度值最大為0.0013%，正常情況下上隅角和回風巷CO濃度保持在0.0005%左右。

圖3 上下煤層壓差與CO濃度變化圖

4 結論

(1)通過構筑通風機、風門和風窗等通風設施，在兩進一回U型通風工作面應用了均壓通風，改變了壓力分布，控制了漏風，防止了上煤層采空區CO氣體的涌入。

(2)利用向上煤層采空區施工探測鉆孔，安設套管和U型水柱計，可以直觀得出上下煤層的壓力差。

(3)均壓通風系統的平衡點經常變化，需要根據工作面進尺、工作面的煤塵、礦井主要通風機頻率以及工作面CO濃度來調節風窗和風門，控制工作面風量和風壓。

(4)根據兩進一回工作面的特點，在運輸巷道利用局部通風機和兩道密閉，設置了一間氣室，既防止了風流反向，又避免了揚塵。

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(責任編輯 張艷華)

Application of pressure balancing ventilation for fire prevention and control in work face

Wang Haisheng

(China Coal Technology Engineering Group Chongqing Research Institute, Shapingba, Chongqing 400037, China)

Under the condition of negative pressure ventilation system of main ventilator in 1203 face of Bandingliangta Mine， the CO emission from sealed area of fire leaked into mining face by passageway of air leakage such as ground cracks and gob. According to the characteristics of work face with two intake airways and one return, pressure balancing ventilation could successfully resolve the problem by setting up fans, air doors, air stopping and air regulator, and dynamic balance was realized between the face ventilation supply as well as the air pressures above and under the gob area, and thus preventing the reverse airflow, reducing the coal dust concentration. The results showed that the pressure balancing ventilation for fire prevention and control system could enhance the air pressure of work face and reduce air leakage and prevent CO in gob running over to work face.

fire prevention, pressure balancing ventilation, upper corner, two intake and one return, gob, CO gas

王海生. 兩進一回均壓通風防滅火技術的應用[J].中國煤炭，2017,43(6)：116-119.WangHaisheng.Applicationofpressurebalancingventilationforfirepreventionandcontrolinworkface[J].ChinaCoal, 2017，43(6):116-119.

TD

A

王海生(1984-)，男，河南鄧州人，助理研究員，碩士，2010年畢業于河南理工大學，主要從事煤礦防滅火研究工作。