復采煤層回采工作面均壓通風治理漏風技術

李 陽

（山西焦煤霍州煤電薛虎溝煤業有限公司，山西 河津 043300）

霍州煤電集團河津薛虎溝煤業有限責任公司是一座資源整合礦井，井田南部受原小窯開采影響，地面小窯井口及塌陷裂縫多，存在外部漏風。礦井開采2#煤層為Ⅱ類自燃煤層，工作面漏風[1-2]及煤層自燃成為礦井的一大安全隱患。目前，全國范圍內復采煤層工作面為數不多，結合實際情況，決定采用均壓通風[3-6]治理回采工作面漏風問題。

1 工作面基本情況

2-109回采工作面地表位于低山黃土丘陵地帶，蓋山厚度22～174 m。工作面采用一次采全高走向長壁后退式采煤法，全部垮落法處理采空區頂板。工作面貫通后形成一進一回“U”形全負壓通風系統，通過對地面小煤窯及塌陷裂縫漏風處及時封堵處理，并對工作面正副兩順槽全斷面噴漿堵漏后，工作面仍漏風嚴重，進風順槽漏風170 m3/min，切巷漏風345 m3/min，回風順槽漏風520 m3/min。2-109工作面負壓通風示意圖如圖1。

圖1 2-109 工作面負壓通風示意圖

2 均壓通風堵漏風技術原理

在礦井主扇合理工況范圍內，利用風窗—風機聯合調壓手段使均壓范圍內的流場重新分布，改變回采工作面內高、低壓區的相對位置，均衡漏風通道兩端壓差，使漏風通道內氣體不再交換和流動，外部新鮮風流無法通過小窯巷道和采空區攜帶有毒有害氣體擴散到工作面，從而達到封閉小窯巷道、采空區，阻止遺煤發生氧化反應，進而達到防滅火的目的。這是均壓堵漏風[5]技術的主要原理。

通風阻力定律：

根據回采工作面生產實際情況，減少漏風只能使Dh →0。通過利用均壓通風，減少漏風通道兩端壓差，使漏風通道兩端壓力趨于0，成為回采工作面堵漏風最切實可行的辦法。

3 均壓通風方案的確定[7-10]

3.1 2-109 工作面需風量

根據《煤礦安全規程》第183 條，計算2-109工作面需風量為601 m3/min。

3.2 調壓風機選型

（1）風量范圍選擇

式中：Q出為風筒出口風量，m3/min；Q面為工作面需風量，m3/min；Q返為風筒出口至調壓風門方向返回風量，m3/min；S為巷道凈斷面積，m2。

（2）調壓風機風壓范圍確定

① 工作面最大調壓值

式中：△P為漏風通道始末測點風流絕對靜壓差，Pa；Z1、Z2為始末測點標高，m；ρ1-2為始末測點風流密度平均值，kg/m3；g為重力加速度，取9.8 m/s2；h自為漏風通道自然風壓，一般最大為50～100 Pa。

各測點空氣密度按下式計算：

式中：P為測點處絕對靜壓或大氣壓力，Pa ；t為測點空氣溫度，℃；PS為溫度t時飽和水蒸汽的分壓，Pa；Φ為相對濕度，%。

（3）調壓風機選型

選擇調壓風機需要滿足：調壓風機最小風壓=670 Pa ≥h大=328.11 Pa；同時滿足（調壓風機最小風量+ 最大風量）/2=894.5 m3/min ≥Q出=770.5 m3/min。 為 了 增 加 工 作 面 風 量， 故選FBD №7.1/2×45 kW 的 風 機， 風 壓 范 圍 為670～1350 Pa，風量為850～939 m3/min。

3.3 測壓裝置的安設

（1）在進、回風側調壓風門處外風門墻垛上各安設1 臺U 形壓差計，用于實時監測工作面均壓情況。

（2）壓差計的一個端口用膠管連接伸入進、回風巷風流穩定區域內，膠管端口方向與風流平行、逆向固定，另一個端口敞開。

（3）水柱計內裝過濾水，兩液面高度差即為風門內外相對風壓差。壓差計示值不在調壓示值范圍時，必須立即查看均壓設施的完好情況與水柱計連接管完好狀態及水柱計連接管始末端口位置是否正確。

3.4 均壓通風設計方案

根據2-109 工作面實際情況，在綜合考慮通風系統的合理性、均壓通風系統的穩定性和可靠性、現場可操作性、經濟性前提下，確定選擇工作面風窗—風機聯合調壓方案，如圖2 所示。具體設計為：

圖2 2-109 工作面均壓通風示意圖

（1）在2-1091 巷口5～20 m 處、2-1092 回風聯巷5～15 m 處各安設2 道聯鎖的調壓風門。

（2）在南翼輔運巷Ⅲ段距2-1091 巷口20 m處安設2 臺調壓風機，一用一備；風筒采用10 mm×1000 mm 風筒，總長度根據實際位置確定為50 m，風筒出口距內側調壓風門不大于20 m。

4 均壓效果檢驗分析

4.1 均壓通風系統效果檢測點布置

根據通風系統選定的測量路線和井下實際情況布置監測點。在選擇監測點時，應滿足以下要求：

（1）選在前方不少于巷寬3 倍，后方不少于巷寬8 倍；巷道拐角處時，選擇斷面變化較大的區域，選前方不小于巷寬3 倍、后方不小于巷寬8倍的地點。

（2）監測點前后應保持3 m 以內，巷道應有永久支護，巷道內不得有堆積物。

（3）兩個測點之間的壓力差：傾斜壓差計法測量應不小于10 Pa，氣壓表測量應不小于20 Pa。

（4）兩個監測點之間不應有分風點或匯風點。

根據上述要求，均壓通風系統選擇的風速、壓強監測點分布情況如圖3。監測點1 位于2-1091巷調壓風門外風門墻垛處，監測點2 位于2-1091巷距調壓風門120 m 處，監測點3 位于2-109 工作面下隅角處，監測點4 位于2-109 工作面上隅角處，監測點5 位于2-1092 巷距2-1092 回風聯巷20 m 處，監測點6 位于2-1092 回風聯巷調壓風門外風門墻垛處。

圖3 均壓通風系統風速、壓強監測點

4.2 測量數據分析

采用干濕球溫度計分別計量測點兩端風流的干濕溫度，用空盒氣壓計測量兩端絕對壓力。將所測干濕球溫度、大氣壓力、風速、傾斜壓差計讀數分別記錄，根據所測風速及巷道斷面積，2-109 工作面風量分布如圖4。采用壓差計法測量沿程壓差數據，根據關鍵測點干濕溫度，結合式（4）計算得關鍵測點空氣密度值及動壓值，根據上述數據繪制2-109 回采工作面壓力坡度線如圖5。

圖4 采取均壓措施后風量分布圖

圖5 2-109 回采工作面壓力坡度線

根據上述數據可以看出，采取均壓措施前，2-109工作面2-1091 巷漏風170 m3/min，切巷漏風345 m3/min，2-1092 巷漏風520 m3/min。工作面采取風機-風窗聯合均壓技術后，經現場實測，2-1091 巷漏風量33 m3/min，切巷漏風量由345 m3/min 減少至87 m3/min，2-1092 巷漏風量由520 m3/min 減少至56 m3/min，2-109 工作面上下端頭壓差為60 Pa。與采取均壓系統前相比，工作面漏風情況得到明顯改善，極大地減少了小窯巷道、采空區向本工作面漏風量，保證了工作面的安全、高效回采。

5 結語

運用回采工作面均壓通風技術解決了薛虎溝礦2#淺埋藏復采煤層回采工作面的漏風問題，通過理論研究、現場實踐和檢驗，確定了用于堵漏風的均壓通風方法，并在實際應用過程中，隨著工作面的不斷推進，利用調壓風窗調節工作面進回風巷兩端的風壓差，進而減小工作面外部漏風量。此項技術的研究應用不僅能夠解決回采工作面漏風問題，還能夠解決因漏風帶來的通風系統不穩定及防滅火等問題，保證礦井通風安全，也為類似礦井解決回采工作面堵漏風問題提供借鑒。