煤礦綜采工作面均壓通風防滅火技術分析

（山西凌志達煤業有限公司 山西 046600）

按照引火熱源不同可將煤礦礦井火災分為自燃火災和外源火災兩大類，其中自燃火災又稱為內因火災，主要指易燃易氧化的煤炭在熱量聚集達到燃點后發生的火災。統計結果顯示，煤礦自燃火災多發生在巷道煤柱、地質構造區、采空區等巖體破碎，空氣中氧氣含量豐富的區域。自燃火災發生的特征包括：初期火勢蔓延緩慢，著火點隱蔽，早期不易發現，一旦起燃難以快速滅火，現實中多采用注漿或封閉的方式處理自燃火災。近年來，煤礦采用均壓通風技術達到防滅火目的，該項技術在科學規劃風網的基礎上，可保持主要通風機的正常運行，通過調整井下風流，達到改變風壓分布的目的，進而實現著火區進風和回風之間的風壓差，在著火點或者著火區域實現空氣的靜止，隔絕或者阻斷氧氣供給，實現火災的控制。

1.均壓通風防滅火技術

統計結果顯示，在煤炭生產過程中，煤炭自燃是主要的危害之一，大部分的煤礦火災都是由煤炭自燃引起的。與此同時，在煤礦中多采用綜采工作面，煤炭開采過程中產生很多直達地表的裂縫，導致地面和采空區連通，漏風問題嚴重，與此同時，采空區煤炭粉碎性較高，埋下了巨大的煤炭自燃隱患。

(1)均壓通風防滅火技術原理

分析均壓通風防滅火技術的原理，關鍵在于科學搭配風機和風窗等設備，通過對漏風區域空氣壓力的調整，控制漏風風壓，達到抑制煤炭燃燒的目的，更進一步的可使著火區惰化，實現滅火。

(2)均壓通風防滅火技術分類

①邊眼暢通均壓法。為快捷的實現掘進期間的煤炭運輸，部分煤礦企業常在工作面附近設置邊眼，在回采結束后，應對工作面進行封閉，最大程度降低運料巷口的壓差，減少或者控制采空區漏風情況。②預埋管路導風均壓防火法。作為一種主動式的防滅火方式，預埋管路導風均壓防火法通常預埋一條或者多條消防管路，消防管路的位置都選擇在運輸巷一停采線一運料巷間，并在第2道永久防火壁墻砌筑消防管路端頭。在防火墻保持完整的情況下，從煤層裂縫中漏出的風量，絕大部分會通過消防管路流走。通過這一方式，可在采空區兩端實現均壓。③設置調節風門均壓法。主要解決采空區并聯漏風問題，該項均壓技術可在工作面停采之后，保證一定量的回流風量，控制采煤工作面的瓦斯濃度，通過科學調節工作面兩端的風力壓差，對采礦區的漏風情況進行控制。④全負壓通風改為正壓通風法。在撤除工作面運輸巷的設備后，建議立即對運輸項進行封閉，并在合適的位置設置局部通風機，局部通風機的風筒連接至工作面拆架處，目的在于實現正壓通風，達到減少采空區漏風的目的。⑤風窗與風機聯合均壓。在采空區后部漏風嚴重的情況下，可采用風窗與風機聯合均壓。一般的做法是在進風巷設置通風機，并在回風巷內使用調節風窗，木垛的設置可充分利用工作架拆除之后余留的空間，應注意的是使用該種方式，需加強進風側的防滅火控制技術。

2.防滅火措施應用

為更加具體的論述煤礦綜采工作面的均壓通風防滅火技術，本文以典型的三巷布置工作面為例進行探討。本次通風系統使用兩進一回U型通風，進風包括輔運順槽進風和膠運順槽進風，回風主要指順槽回風。

本次開采煤層的平均厚度為4.2m，設計開采高度為3.8m，工作面寬為200m，工作面埋深在18～155m之間，走向推進1900m，綜采工作面對應的地表無河流和水庫，但對應有一條小型沖溝，小型沖溝斜長330m，與綜采工作面垂直距離260m。該工作面于2019年3月至2019年11月進行開采，在掘進過程中，當推進至230m左右時，發現上覆巖層出現裂縫，工作面采空區與地面出現漏風，導致綜采工作面內部氣流紊亂。為此現場施工人員采用均壓通風技術，在綜采工作面輔運順槽處安裝一組風門，同時在膠運順槽處安裝一道風窗，兩組局部通風機的功率分別為75kW和55kW，風筒設計直徑800mm。在此情況下，控制工作面回風量在1500m3/min，工作面進風量為1300m3/min，兩端壓差控制在65Pa。

更進一步的，為提升綜采工作面的安全系數補充如下的技術措施：首先，增大局部風機功率，使用75kW替換55kW局部風機，增加空氣供給量，進一步降低兩端壓差，減少采空區的漏風情況。其次，建議在膠運順槽處增加一道風窗。最后，組織施工隊伍對采空區上覆巖層裂縫進行堵漏，進一步降低采空區的漏風問題，設置專人測定工作面的風量，一旦發現漏風情況及時報告。

現場施工人員在采取上述措施后，重新測定進風量和回風量，得到最小進風量為1310m3/min，最大回風量為1360m3/min，采空區的漏風情況得到控制，壓差小于65Pa。

本次綜采工作面均壓通風防滅火技術方案，還包括以下技術措施，分別論述如下。

（1）通風管理。建議在工作面中懸掛紅色飄帶，紅色飄帶的主要作用是指示風量和風向。工作人員可根據紅色飄帶的狀態，掌握工作面內的通風情況。如發現通風量急劇下降，或者出現風流逆轉情況，應立刻通知工作面內的工作人員撤離。與此同時可安排專人測量工作面的風量，對于漏風急劇上升的情況，應及時發出警告。

與之對應的，建議綜采工作隊提升回采率，降低采空區煤炭遺落，提升回采速度。另一方面應及時構筑通風設備設施，保證均壓通風技術手段落實到位，消除易燃區的氧氣供應，保證均壓通風系統穩定可靠運行。

（2）黃泥灌漿防滅火。可在煤礦開采位置設置灌漿系統，固定黃泥灌漿系統灌漿能力應在60～90m3/h范圍內。灌漿線路應沿著工作面的回風順槽和輔運順槽敷設，并經過機尾處和防火墻措施孔流入采空區。建議使用預防性灌漿措施，當采空區的一氧化碳濃度或者甲烷濃度高于設定值時，可開啟灌漿。

（3）注氮防滅火。注氮防滅火措施主要是在膠輔運順槽內，使用管路連接，在管路完好情況下，可借助防火墻的措施口注入氮氣。可在采空區封閉后注入氮氣，或者是檢測一氧化碳濃度或甲烷濃度高于設定值后，向采空區易氧化、易燃區域提前注入氮氣，采空區氧氣濃度低于7%后，可停止氮氣的注入。

（4）阻化劑防滅火。本次設計的綜采工作面切眼長度為200m，設計阻化泵有效距離為570m，移動式阻化泵可設置在膠運順槽移動列車的第三和第四節，從機頭至機尾使用高壓管敷設，每隔10m設置一個噴灑閥門。噴灑的重點位置應是煤炭易發生自燃的位置，通常情況下為巷道煤樁破損處和工作面的上下口，應注意噴灑的均勻程度，阻化劑的噴灑量可結合丟煤量和丟煤稀液量確定。

在本次論文設計的綜采工作面中，阻化劑噴灑的范圍包括機頭和機尾30m范圍，每次噴灑不低于80kg阻化劑，濃度應高于20%。如檢測到綜采工作面一氧化碳濃度超標，阻化劑應擴大噴灑范圍，建議從機頭噴灑至機尾，噴灑量應高于150kg。

（5）預測預報工作。在綜采工作面中使用安全監測監控系統，應重點監測工作面回風，回風順槽盒上隅角等位置，其中一氧化碳濃度傳感器可在風壓混合處10～15m范圍內設置。設置一氧化碳濃度傳感器，重點監測易燃氣體濃度提前預報。束管監測系統主要分析綜采工作面中的氣體組份，通過抽取關鍵區域的氣樣，對容易發生自燃的區域進行提前預報，避免火災發生。有條件的煤礦企業應安裝機載甲烷斷電儀，建議記載甲烷斷電儀的設置參數為，甲烷報警濃度0.8%，甲烷斷電濃度1.2%，復電濃度0.8%，斷電儀的斷電范圍必須包括采煤機，每15天進行一次試驗檢測斷電儀是否正常工作。風機開停聲光報警裝置可設置在綜采工作面轉載機，該裝置能夠輔助現場施工人員，掌握風機運行狀況。光纖測溫系統主要分析綜采工作面內的溫度變化，可在回風順槽處敷設光纜，科學設置采樣間隔，結合監測系統與人工采樣分析兩種方式。工作人員每天至少使用紅外測溫儀，對采空區和綜采工作面進行溫度測量，結合歷史數據，指出溫度異常現象。

（6）風機安裝。綜采工作面均壓通風技術中使用的均壓風機應配置專用供電線路，主風機電源應與工作面電源實現雙風機雙電源的自動切換，并使用開關閉鎖裝置。一套變壓器最多可搭配4套不同的風機供電系統，備用風機供電去使用另一電源，在主變壓供電出現故障時，備用風機能夠自動啟動，保證通風。

3.應用效果分析

結合上文中提到的綜采工作面均壓通風防滅火技術，我公司于2020年7月至8月份對比分析，使用均壓系統前后的氣體涌出情況，結果發現：采用均壓通風防滅火系統后，頭尾壓差始終控制在合理范圍內，綜采工作面漏風量控制在5%以內，基本杜絕了上覆巖層的有害氣體下泄問題，解決了上隅角有害氣體超限問題，降低了綜采工作面的遺煤自燃概率，有效保證了煤炭的安全采掘，對于提升煤炭企業的經濟效益和社會效益發揮了積極而重要的作用。

4.結語

作為我國煤礦開采中的主要自然災害，煤炭自燃是我國重點煤礦，礦井火災事故的主要原因之一。近年來隨著綜放開采技術的提升和大規模應用，礦井的生產效率和煤炭資源的綜合開發效率大大提升。與此同時，該項技術在使用過程中存在采空區遺留殘煤多，冒落高度大，漏風嚴重等問題，在一定程度上提升了自燃的概率，制約了煤礦的安全生產。本文重點探討了均壓通風防滅火技術的原理和應用中應注意的問題，對于改善和提升綜合采工作面防滅火能力具有重要的借鑒意義。