解析高瓦斯煤礦通風技術

任 利

(山西汾西中興煤業有限責任公司，山西 交城 030500)

引 言

煤礦企業為了實現安全生產就必須使用高效可行的通風技術，其可以有效解決高瓦斯煤礦的安全問題。煤礦發生火災與爆炸事故的根本原因在于瓦斯含量過高，為了有效防止災難的發生，確保煤礦生產的安全性，企業必須采用合理的通風技術，為煤礦開采工作提供重要的安全保障。由此實際開采過程中，煤礦企業應盡力采取經濟合理的瓦斯控制手段，將瓦斯濃度降低至安全濃度以下，從而真正確保煤礦開采工作的安全進行。

1 煤礦均壓通風技術

1.1 均壓通風原理

煤礦均壓通風技術主要是指利用調壓裝置或者改變煤礦的通風系統以有效降低通風通道兩端的風壓。煤礦企業采用均壓通風技術的關鍵在于有效控制瓦斯含量，通過調節風雨道兩端的通風氣壓以有效控制瓦斯的實際涌出量，從而避免煤礦開采作業面涌入大量的瓦斯，提升開采工作的安全性。

1.2 均壓通風技術系統的建立

一是計算參數，工作人員在計算風量時應綜合考慮需求風量、工作面氣候條件以及瓦斯涌出量等因素，且驗算時根據巷道實際大小與最小風量進行計算。期間還應遵循減風降壓原則，以免風量過大，引發漏風問題。二是完成風窗面積的計算，見式(1)。

SW=QS/(Q+0.759(hw)1/2)

(1)

式中：SW為調節風窗面積；Q為工作面風量；S為回風巷道面積；hw為風門阻力。

礦井回風巷道的風壓差應保持在600 Pa～100 Pa，且采用負壓通風方法，計算時，技術人員應明確參數因素。在計算得出結果后，技術人員還應合理選擇均壓風機的型號，確保采空區與帶式輸送機的漏風量保持在400 m3/min，且工作面的風壓應保持在600 Pa～1 000 Pa。據此，應為工作面安裝6臺旋風機，運行期間使用3臺，另外3臺為備用設備，且每臺機器的供風能力應保持在900 m3/min。調壓風機與調壓風窗均具備均壓的作用，且其均壓通風步驟如下.一是設置專門調節風窗的密閉墻，配置均壓通風的專門巷道，并未巷道安裝三組風機與風筒設備；二是將三道均壓風門設置于回風巷道內，并安裝專門的閉鎖報警設施[1]；三是在滿足間距要求的基礎上在回風巷道內設置調節風窗，并安裝專門的報警裝置；四是做好回風巷道風量的調節工作，開啟局部通風機，實現均壓。其具體均壓通風系統安全保障體系，如圖1所示。

圖1 均壓通風系統安全保障系統

2 B型通風技術

B型通風技術是指在煤礦開采工作面增加回風系統，確保其與工作面形成通風網絡與瓦斯排放雨道，確保雨道的安全性。B型通風技術使用于煤炭開采中的通風工作，其有效結合了流體力學與瓦斯排放技術原理，屬于可以實現防火、防塵、通風以及防治瓦斯的綜合通風技術。且此技術還在回風巷使用了調壓控制措施，由本質上組織了高瓦斯的進一步涌入。

2.1 B型通風核心技術

一是可以阻塞瓦斯的涌出，其通風通道主要包括三個組成部分，針對瓦斯來源采用不同的阻礙技術，從而確保煤礦開采工作面的安全性與高效性。其可有效控制采落煤炭與新暴露煤炭瓦斯的涌出，企業主要在回風巷位置設置了阻風門，確保通風雨道內形成局部通風壓力，提升各點的靜壓值，從而有效抑制了瓦斯的涌出，減少了瓦斯來源與涌出量。但實際開采期間應在回風巷內設置阻風門裝置，確保各點的風流壓力小于增阻壓力，增大瓦斯的涌出強度。二是應做好瓦斯運移的控制工作，綜放面瓦斯運移與控制均屬于B型通風技術的主要研究對象，其需要有效控制工作面支架尾部、高頂等區域的瓦斯涌出量。使用期間應注意以下工作：一方面，煤礦企業在采用B型通風技術時，應將兩條不同的回風巷設置于綜采面兩端，確保煤礦存在兩條排放瓦斯的通風路徑。工作人員應將增阻調節風門設置于回風巷，以便有效調節兩條回風巷的風壓，在控制風雨道風壓的基礎上有效降低采空區的瓦斯濃度，確保頂板瓦斯順利排出。另一方面，煤礦企業應對于綜采面死角使用B型通風技術，在回風巷增加增阻風門，降低瓦斯涌出強度。

2.2 B型通風方式

B型通風方式，如圖2所示。其在回風平巷匯總設置了風窗B，在需要增加新鮮風流時將此風窗打開，并通過不斷調節風窗面積降低回風順槽以及瓦斯排放巷中的瓦斯濃度，因為整個通風通路呈現出字母B形狀，因此被稱為B型通風系統。

此控制系統在控制瓦斯涌出時一般遵循以下過程，回風順槽瓦斯濃度較高時，技術人員需要減小風窗A開啟面積，降低工作面壓力，以有效抑制瓦斯的涌出，增大瓦斯排放巷風量，調節回風順槽瓦斯涌出量，控制瓦斯濃度。且當排放瓦斯濃度過高時，技術人員調節風窗B增加新鮮風流并排放瓦斯，從而確保瓦斯保持在合適濃度。

圖2 B型通風方式示意圖

3 某礦井采用高瓦斯通風技術概述

3.1 礦井實際情況

某礦井為單斜構造，面積為15.16 km2，礦井主要可采煤層為一層煤，平均厚度為13.6 m，煤層傾角小于25°，可采儲量為99.73萬 t。礦井局部煤層的厚度變化較大，地質構造比較復雜，井田內多為斷層與斜交斷層走向，存在少量的斷層與褶皺。礦區處于干旱地區，地形復雜且暴露基巖，井田主要為黃土丘陵山地與沙川丘陵山地。常年內井田無流水，南部地區存在季節性的沙河。礦井的地質結構比較簡單，年最低氣溫為零下23.8 ℃，最高氣溫為37.4 ℃。同時，在工作面推進過程中，頂板容易垮落，加之煤層間距較小，很容易形成漏風通道，使得采空區形成并聯與角聯漏風，具體如圖3所示。

圖3 采空區漏風示意圖

3.2 礦井通風系統

此礦井采用了兩翼對角抽出式的通風方式，由東風井與北風井承擔回風工作。北風井安裝了2臺離心式風機，其中1#通風機電機功率為470 kW，2#通風機的電機功率為220 kW，無級調速使用調整型的液力耦合器。煤礦改造期間使用了2臺新型的軸流式風機，其額定功率為200 kW。以往礦井在一個采區開采，之后使用了井風機，實現了分區通風，增大了礦井內的通風能力，且當前各風電的風流質量、風速以及供風量等均符合基本要求。開采過程中，企業主要采用了綜采放頂煤一次全部垮落方法，連續推進1 000 m，且在回風平巷內設置了專門的瓦斯排放巷道，采用了一進二回一聯巷的布置方法，專門設置了瓦斯排放巷與回風平巷，綜采工作面采用了B型通風方式。

3.3 煤礦綜放面瓦斯治理中B型通風模式的應用

3.3.1 綜采工作面開采初期瓦斯涌出情況

在煤礦工作面掘進期間，巷道瓦斯涌出量為25 m3/min，在安裝設備時，技術人員測得瓦斯涌出速度為17 m3/min。開采時，瓦斯涌出速度明顯增加，由之前的17 m3/min增加至27 m3/min。隨著逐步推進工作面，瓦斯涌出量也隨著采空寬度的增加而變多，最大速度為51 m3/min，瓦斯濃度遠超出標準值，采用局扇通風方法進行稀釋。調查顯示，在采用B型通風技術前，巷道瓦斯涌出量比較穩定，且隨著開采區寬度的增加，瓦斯涌出量不斷增加，直至寬度為60 m時保持穩定，為22 m3/min～24 m3/min。

3.3.2 B型通風技術的應用

煤礦企業技術人員在滲入分析綜放面瓦斯涌出情況與涌出規律后，認為應有效降低綜采面的瓦斯濃度，但僅采用增加工作面風量進行稀釋的方法效果不佳。為了從根本上降低瓦斯涌出量，避免瓦斯涌出危害問題，企業應抑制綜放面瓦斯涌出源處的瓦斯涌出量。同時，為了確保瓦斯順利排出，還應有效控制采空區與高頂的瓦斯涌出量，并做好運移工作，降低回風順槽、支架尾部以及工作面高頂的瓦斯濃度。對此，為了做好工作面通風調整工作，企業應有效采用B型通風技術[2]。

對此，應將增阻調節風門安裝至回風順槽處，形成B型通風系統。為了有效降低工作面的通風量，技術人員還應采用合理的通風調節措施，分四次降低工作面通風量，做好瓦斯來源與各處瓦斯濃度的檢測工作，以便明確工作面最佳的通風參數。使用B型通風技術后，工作人員還應做好通風系統調整量與瓦斯涌出量的對比工作，綜采面最優通風參數為800 m3/min，即工作面的通風量，排放巷局扇正壓供風量為1 200 m3/min，瓦斯涌出量為36 m3/min，其中采空區的瓦斯涌出量為16 m3/min，巷道瓦斯涌出量為12 m3/min，工作面采落煤炭與暴露瓦斯涌出量為8 m3/min，各點的瓦斯涌出量為最低值，均在標準濃度以下。

3.3.3 B型通風模式在綜放面的實際應用效果

一是有效減少了工作面瓦斯涌出量，在使用B型通風技術后，巷道瓦斯涌出量明顯降低，由之前的17 m3/min降低至12 m3/min，工作面瓦斯涌出量也變少，由之前的10 m3/min變為8 m3/min。檢測采空區瓦斯涌出量，可知其也降低，由之前的22 m3/min～24 m3/min降低至16 m3/min，工作面瓦斯涌出量由之前的51 m3/min降低至36 m3/min。二是瓦斯排放巷排出了大量的瓦斯，工作面上隅角、回風順槽以及高頂處的瓦斯濃度均有所降低。在使用B型通風技術后，其主要通過回風巷增阻調節門控制瓦斯濃度，確保工作面高頂與采空區的瓦斯順利排出，避免了綜放面瓦斯超濃度問題，提升了煤礦開采工作的安全性與有效性。三是在采用B型通風技術后，綜放面的供風量明顯降低，由之前的1 400 m3/min降低至800 m3/min，且隨之區域供風量也變少，風速明顯降低，杜絕了煤塵飛揚問題，優化了開采環境。四是減小了采空區氧化帶寬度，當綜放面保持30 m/min的推進速度時，采空區可以避免自然，企業無需采用防火措施。五是提高了綜放面煤炭的開采量，杜絕瓦斯危害，避免了瓦斯超限事故問題。在采用B型通風技術后，煤礦綜放面日產量由之前的2 700 t增加至4 450 t，最高產量達到了5 300 t。

3.4 高瓦斯礦井通風技術應用的效益分析

3.4.1 社會效益分析

受自身生產因素的影響，企業在開采煤礦時極易受自然因素的影響，尤其是煤塵、瓦斯等均會引發重大事故問題，為煤礦企業帶來嚴重損失，且威脅著工作人員的人身與財產安全。在煤礦災害事故中，最為嚴重的為瓦斯事故，其具備較大的破壞性與危害性，一旦爆炸將會嚴重威脅員工的生命安全，為礦井帶來災難，造成了嚴重的經濟與社會損失。為了避免瓦斯事故的發生，煤礦企業應采用B型通風技術，以有效避免工作面瓦斯超標問題，提升礦井通風系統的安全性。由此看出，使用B型通風技術具備十分重大的社會效益。

3.4.2 經濟效益分析

首先，高瓦斯礦井通風系統在整個煤礦安全生產過程中占據十分重要的位置，屬于礦井的生命線，但通風耗能較大，需要企業承擔較重的經濟負擔。對此，企業應有效研究并采用高效的通風系統，以達到降耗目的。而在采用B型通風系統后，煤礦企業通風電耗每年可以節約260萬元。其次，在改建設計過程中，煤礦企業針對高瓦斯厚煤層采用了分層稀釋瓦斯的方案，使用B型通風系統可以有效降低巷道掘進率，避免厚煤層放頂煤開采的障礙問題，提高了煤礦企業的經濟效益水平。最后，采用B型通風技術，可以更好的做好礦井工作面的布置工作。一般綜采面長度保持在800 m～1 000 m范圍內，采用B型通風技術后，綜放面長度明顯增加，煤礦采儲量也提升，避免了回撤安裝問題，降低了材料與人工費用，每年節約280萬元。

4 結語

煤礦安全生產的基礎是做好相關的通風工作，企業只有加強通風技術的管理工作，確保其良好的痛風性，才可以確保作業的安全性。高瓦斯綜放面B型通風模式屬于新型的通風技術，其具備一定的科學性與合理性，以并聯網絡為主，大幅度降低了工作面區域與礦井開采的阻力，提升了礦井的實際通風能力，消除了采空區自燃危險。本文便通過實際案例分析了B型通風模式的具體應用，結合現場實際，提出了更為系統的調控技術。