局部通風系統優化技術在后安煤礦的實踐與應用

任寶生

（山西靈石紅杏廣進寶煤業有限公司，山西朔州036800）

就目前國內外情況而言煤礦的許多重大事故與礦井的通風系統息息相關，例如許多煤礦發生的煤塵爆炸事故、瓦斯爆炸事故無不與礦井通風系統不合理，或者礦井的通風系統本身沒有完整的形成有關系[1]。因此就每一個煤礦而言，一套合理的通風系統是煤礦安全高效地生產的重要保障條件之一[2]。通俗的說合理的礦井通風系統是指運用通風動力的手段和最經濟的運行方式方法，向煤礦井下各個用風的工作場所提供足夠的新鮮風流，并且提供適宜的濕度、溫度，保持良好的氣候條件，從而保證井下作業人員的生命安全和工作環境的需要，采取符合實際工作的通風方法和礦井通風網絡[3]。且在發生災害時，能夠做到及時而有效的控制風向及風量，并配合其他措施，將事故控制在一定范圍內，防止災害的進一步擴大[4]。尤其是在煤礦工作面回撤期間，在工作面支架回撤到一定程度時，頂板就會失去支撐后垮落下來，從而影響到正常的通風，如果不能保證工作面通風系統完整、可靠，就極易形成微風、無風的情況[5]。這樣很容易造成瓦斯積聚、煤塵飛揚引發瓦斯爆炸、煤塵爆炸事故，另外還有可能引起由于缺氧造成現場工作人員窒息死亡事故的發生，因此在工作面回撤期間局部通風系統優化調整工作就顯得尤為重要[6]。本論文正是從這方面考慮，對山西朔州平魯區后安煤炭有限公司40201工作面回撤期間局部通風系統就行了優化調整，保證了礦井的安全高效地生產。

1 礦井及工作面概況

1.1 礦井概況

后安煤礦是山西朔州平魯區后安煤炭有限公司下屬煤礦，其具體位置是在朔州市平魯區東南約14.5km的陶村鄉王高登村附近，屬平魯區陶村鄉行政管轄。礦井的年生產能力為500×104t/a，煤田面積為4.8336km2，目前開采的是4#、9#煤層。礦井采用的是斜立井混合開拓方式，其中副斜井、主斜井和行人斜井為進風斜井，回風立井為回風井。礦井采用機械抽出式通風方法，采用中央分列式通風方式。礦井采用兩臺FBCDZ-10-№30型對旋式軸流通風機作為礦井的主通風機。其中，一臺作為工作風機，一臺作為備用風機。主要通風機配備的電機型號為YBF630S1-10，功率280kW×2。井下所有采煤工作面均采用了全負壓分區式通風，掘進工作面均采用了壓入式通風并且均實現了獨立通風。煤礦的總風量及各用風地點風量均能夠滿足礦井生產需要，且通風系統正常運轉。礦井于2019年委托重慶煤科院做了瓦斯等級鑒定，其中礦井瓦斯絕對涌出量為2.95m3/min，相對瓦斯涌出量為0.43m3/t，因此后安煤礦為低瓦斯礦井。目前礦井所開采的4#、9#煤層均為Ⅱ類自燃煤層，煤塵均有爆炸危險性。礦井采掘機械化程度100%。目前4#煤層布置1個綜采工作面、1個掘進工作面，9#煤層布置1個綜采工作面、5個掘進工作面。

1.2 工作面概況

40201工作面位于井田東南部，東部為礦界保安煤柱，西部為未開采的實體煤，北部與4#集中皮帶巷相鄰，南部與茂華白蘆煤業公司相鄰。40201工作面煤層厚度8.9m，煤層傾角1°～5°，平均傾角為5°，工作面切眼長度為173.2m，工作面傾向長度為300m。該工作面采用綜合機械化放頂煤采煤工藝，走向長壁式采煤法，全部垮落法控制頂板。

2 問題的提出

2.1 問題的提出

2018年10月份后安煤礦40201工作面回采面臨尾聲，工作面要進行搬家回撤工作，工作面支架回撤到一定程度時，頂板就會失去支撐后垮落下來，從而影響到工作面正常的通風，如果不能保證工作面通風系統完整、可靠，就極易形成微風、無風的情況。這樣很容易造成瓦斯積聚、煤塵飛揚引發瓦斯爆炸、煤塵爆炸事故，因此工作面局部通風系統調整優化工作迫在眉睫。

2.2 工作面風量計算

（1）按瓦斯涌出量計算[7]：

式中：Q采——回采工作面實際配要的風量，m3/min；

100——按采煤工作面回風流中瓦斯的濃度不應超過1%的換算系數,根據晉市煤局瓦字[2011]516號規定甲烷傳感器報警值、斷電值、復電值下調20%，因此換算系數為125；

q瓦采——回采工作面回風巷風流中平均絕對CH4涌出量，根據瓦斯涌出量鑒定報告4#煤層綜采工作面絕對CH4涌出量為0.93m3/min，則q瓦采=0.93m3/min；

K采通——回采工作面瓦斯涌出不均勻的備用風量系數，取1.4。

（2）按二氧化碳涌出量計算：

式中：Q采——回采工作面實際配要的風量，m3/min；

67——按采煤工作面回風流中CO2的濃度不應超過1.5%的換算系數；

Q二氧——回采工作面回風巷風流中平均絕對CO2涌出量，根據瓦斯涌出量鑒定報告4#煤層綜采工作面絕對CO2涌出量為1.25m3/min，則q二氧=1.25m3/min；

K采通——回采工作面CO2涌出不均勻的備用風量系數，取1.2。

（3）按工作面人員數量計算：

式中：N——回采工作面交接班的最多人數，50人；

4——每人需風量，4m3/min。

（4）按氣象條件計算：

式中:Qcf——回采工作面實際配要風量，m3/min；

Vcf——回采工作面的風速，取1.0m/s；

Scf——回采工作面平均有效斷面積，15.26m2；

Kch——回采工作面采高調整系數，1.2；

Kcl——回采工作面長度調整系數，1.2；

70%——有效通風斷面系數；

60——單位換算產生的系數。

則：Qcf=60×70%×1.0×15.26×1.2×1.2=922（m3/min）

（5）風速驗算：依照《煤礦安全規程》第136條規定，40201綜采工作面在采取煤層注水和采煤機噴霧降塵等綜合防塵措施后的最低風速為0.25m/s，最高風速不得高于5m/s，通過上面三種方法計算后，取最大值進行驗算。

驗算最小風量：

驗算最大風量：

式中：Scb——采煤工作面最大控頂有效斷面積，m2；

lcb——采煤工作面最大控頂距，5.8m；

hcf——采煤工作面實際采高，2.8m;

Scs——采煤工作面最小控頂有效斷面積，m2；

lcs——采煤工作面最小控頂距，5.1m；

0.25——采煤工作面允許的最小風速，0.25m/s;

5.0——采煤工作面允許最大風速，5.0m/s;

70%——有效通風斷面系數。

通過驗算，40201采煤工作面實際需風量922m3/min，滿足工作面風速要求。

（6）配風量的確定：經以上計算，40201綜采工作面配風量取922m3/min。

3 局部通風系統優化調整的實踐與應用

3.1 局部通風系統優化調整技術的應用

根據搬家回撤期間實際情況，需要將40201綜采工作面搬家期間的風流方向與實際生產過程中風流方向反向（即軌道順槽進風、膠運順槽回風），40201工作面正常生產時40201通風系統如圖1所示。

圖1 40201搬家工作面調整通風系統前通風系統示意圖

首先，在40201膠運順槽回風聯巷密閉中間開一個600mm×600mm口（最后將密閉拆除到原調節處進行風量調節），然后將40201軌道順槽口處密閉啟封，回風聯巷進行封閉，再將40201軌道順槽兩道風門同時打開（最后將風門進行拆除），同時關閉40201膠運順槽兩道風門。使風流方向反向，軌道順槽進風，膠運順槽回風。其次，測風員對40201搬家工作面進行測風，利用膠運順槽回風聯巷原調節風門進行風量調節，最終將40201搬家工作面風量調節到不低于正常生產時所需風量的一半，即不低于461m3/min。40202準備工作面風量調節到不低于461m3/min。40201工作面搬家回撤期間通風系統調整后通風系統圖如圖2所示。

圖2 40201搬家工作面調整通風系統后通風系統示意圖

最后，搬家期間測風員不定期對搬家工作面進行測風，如果搬家工作面在回撤支架期間發生頂板大面積垮落造成工作面風速小于0.25m/s時，則立即啟動局部通風機，對搬家工作面采取局部通風機供風，風筒出口距離回撤支架工作地點不得大于5m,并同時將40201軌道順槽回風聯巷密閉打開，改為調節風門進行風量調節。調整通風系統完畢后，由通風區通知調度室，由監控電工負責按照標準重新吊掛各類傳感器。40201搬家工作面開啟局扇后通風系統示意圖如圖3所示。

圖3 40201搬家工作面開啟局扇后通風系統示意圖

3.2 局部通風系統優化調整技術的注意事項

（1）啟封40201膠運回風聯巷密閉時，先由瓦斯員檢查密閉墻外的氣體，只有在瓦斯濃度不超1%，二氧化碳濃度不超1.5%時，方可進行啟封。

（2）啟封密閉時嚴禁使用鐵器進行啟封，必須使用銅制工具進行啟封。

（3）啟封時必須嚴格按小斷面形成通風系統，待瓦斯員檢查有害氣體濃度不超限時，方可逐漸進行擴拆。

（4）在拆除40201軌道順槽風門時，材料要碼放整齊，最后統一進行清理，不得影響運輸和行人。

（5）在搬運風門時，搬運人員要口號一致，防止碰手、砸腳。

（6）在拆除風門墻，需要搭架時，搭架材料必須使用結實的材料進行搭設，搭設完成后由現場安全負責人檢查無安全隱患后，方可投入使用。

（7）拆除風門前，必須首先進行現場安全確認。

（8）在拆、裝設備期間，跟班隊長、班組長、電工、瓦斯員、安全員必須隨身攜帶便攜式甲烷報警儀，當工作面瓦斯濃度超限時，必須停止一切工作，查明原因，進行處理。待恢復正常后方可繼續作業。

（9）在搬家期間必須加強通風設施管理，每班由瓦斯員對通風設施進行檢查，如有損壞及時匯報通風調度值班室，通風區領導安排人員及時進行恢復。

（10）在回撤支架期間發生頂板大面積垮落，破壞通風系統時，由通風區派測風員將40201軌道回風聯巷調節風門打開，然后由專職電工將局部通風機開啟，風筒出口距離回撤支架工作地點不得大于5m，測風員對風量進行調節，并在40201膠運回風聯巷向里3000mm范圍內安裝柵欄，并吊掛“禁止入內”警示牌板。

（11）在40201工作面搬家結束后，拆除所有通風設施，并在45d內，對其進行全部封閉。

（12）砌筑密閉時，要嚴格按照防火密閉構筑標準進行構筑。

（13）40201膠運巷口和40202膠運巷口風門管理措施：

①風門由瓦斯員負責每班進行巡檢，綜采一隊負責對風門進行日常維護和管理。瓦斯員發現風門損壞時，及時進行匯報、處理。并對損壞風門責任單位跟班隊長罰款100元。

②任何人通過風門時，只有先打開第一道風門人員進入后并關閉該風門，然后再打開第二道風門，待人員通過后，再關閉第二道風門。嚴禁將兩道風門同時打開。如有發現，對責任人罰款100元。

③嚴禁過車時私自拆除閉鎖裝置，如有發現，對責任人罰款500元。

④風門前后5m范圍內，不得有雜物和積水。

⑤風門構筑完成后，吊掛風門管理牌板。

（14）局部通風管理措施：

①局部通風機由隊組跟班隊長負責，每天早班安排專人進行風機切換，并將切換結果填寫到切換記錄牌板上，保證正常通風。在中班回撤支架期間，因檢修、停電、故障等原因停風時，必須將施工人員全部撤出工作面，綜采一隊安排人員進行進行處理；在早、夜班工作面未組織回撤工作時，監測監控要對局部通風機開停進行實時監測，如現場局部通風機因停電、故障等原因停風時，通過風機開停傳感器實時上傳到礦調度臺，監測監控立即通知通風區及綜采一隊，綜采一隊負責對其進行處理。

②恢復通風前，必須由專職瓦斯檢查員檢查瓦斯，只有在局部通風機及其開關附近10m以內風流中瓦斯和二氧化碳濃度都不超過0.5%時，方可開啟局部通風機。

③壓入式局部通風機和啟動裝置，必須安裝在進風巷道中，距40201軌道回風聯巷不得小于10m且局部通風機專用開關設在局部通風機前至少5m處。

④局部通風機不得發生循環風。

⑤風筒采用?800mm的防靜電、阻燃風筒。風筒要嚴格按照規定進行吊掛，做到“平、直、穩、逢環必掛”，遇到拐彎時，不得拐死角，必須使用螺旋風筒進行過渡。

⑥風筒出風口距回撤支架工作地點不得大于5m。

⑦風機采用FBDNO.6.3/2×22kW局部通風機2臺，風機必須實現雙風機，雙電源，三專兩閉鎖，并能實現自動切換。并吊掛風機管理牌板和風機切換牌板。

4 局部通風系統優化效果分析

自從2018年10月份后安煤礦40201綜放工作面開始搬家回撤以來由于及時進行的局部通風系統優化調整后，工作面為發生一起瓦斯積聚、人員窒息、粉塵爆炸等事故，具有明顯的使用效果，保證了工作面的安全高效地回撤，為礦井安全生產提供了技術保障，具有重要的理論意義和現實意義。

5 結論

實施局部通風系統優化技術收到良好的使用效果可知，局部通風系統優化調整技術是一項成本低廉、制作方便、工人勞動強度低、效果明顯、安全可靠的通風系統優化調整技術，在煤礦現場得到了廣泛地推廣和應用，但是值得注意的是必須結合煤礦現場實際情況采取切實可行的局部通風系統優化技術，并且該技術與其他通風系統優化技術有機結合使用效果會更好。