局部通風系統優化對礦井安全生產的影響

臧燕杰，楊彥龍

(國網能源和豐煤電有限公司沙吉海煤礦，新疆 塔城 834700)

0 引言

煤炭在我國能源結構中占據主導地位。近年來，隨著采煤工藝及技術的不斷改進和綜采設備自動化水平及可靠性的不斷提升，工作面的采煤效率得到不斷提升[1-3]。礦井火災是礦山開采主要災害之一[4]，相對于地面火災，礦井火災的特點主要是井下空間小、工作場所狹窄、難以躲避和疏散、不易被發現等，嚴重威脅到工作人員的生命及財產安全[5-7]。

回采工作面采空區遺煤易發生自燃，采空區可劃分為三帶，即散熱帶、氧化(自燃)帶、窒息帶[8-10]。采空區三帶的分布規律對防治采空區煤層自燃至關重要，一般可以根據氧化帶的分布范圍、自然發火期等制定合理的工作面推進速度、防滅火系統，可有效防治采空區自燃。采空區三帶分布特征會受到通風方式和漏風量等因素的影響，同時合理的通風方式也對安全生產、高產高效的礦井至關重要[11-13]。

沙吉海煤礦目前開采B10煤層屬于容易自燃煤層，根據《煤炭礦井設計防火規范》(GB 51078—2015)需采取綜合防滅火措施，同時根據《煤礦安全規程》第150條規定，采、掘工作面應當實行獨立通風，嚴禁2個采煤工作面之間串聯通風。為了后期W05掘進工作面能夠順利開工，符合規程要求，經研究決定施工+630 m水平回風通道，重新選址構筑通風設施，改變風流線路，使W03綜放工作面通風方式由下行通風調整為上行通風[14-16]。

1 礦井概況

沙吉海礦井設計生產能力500萬t/年，采用兩斜井一立井的綜合開拓方式，主運輸采用膠帶運輸機，輔助運輸為軌道+無軌膠輪混合運輸，通風方法采用機械抽出式，通風方式為中央分列式，主、副斜井進風，立風井回風。

W03工作面位于三采區西翼，該工作面東部為運輸上山保護煤柱，南部為W01工作面采空區，西部為井田邊界保護煤柱，北部為未開采工作面。目前W03工作面采用全風壓“U”型下行通風，通風路線為軌道順槽進風，運輸順槽回風，設計配風量1 281 m3/min。通風線路為主(副)井→軌道石門→軌道上山→+630m水平車場繞道→W03軌道順槽→W03綜放工作面→W03運輸順槽→W03運輸順槽聯絡巷→+590 m水平車場繞道→+590 m水平繞道回風道→回風上山→+569 m水平回風石門→立風井→地面，具體工作面通風路線如圖1所示。

圖1 調整前W03工作面通風路線Fig.1 Ventilation route of W03 working face before adjustment

2 W03工作面通風系統調整方案

2.1 通風設施布置

為防止運輸上山風流經+630 m水平回風道直接進回風上山，造成工作面風流短路，需在W03軌道順槽口構筑1組永久風門。為防止軌道上山風流經+630 m水平車場直接進回風上山，造成軌道上山風機前風流短路，需在+630 m水平車場內(回風道與軌道上山巷口之間)構筑1組永久自動風門，具體風門構筑位置如圖2所示。為避免W03工作面進風流經+590 m水平回風道直接進回風上山，造成工作面風流短路，需在+590 m水平車場(西翼側)構筑1組永久自動風門，具體風門構筑位置如圖3所示。

圖2 +630 m水平風門構筑位置Fig.2 Damper construction position in +630 m level

圖3 +590 m水平風門構筑位置Fig.3 Damper construction position in +590 m level

拆除W03運輸順槽口永久風門，保證工作面進風流暢通。為保證W03工作面調整為上行通風后形成完整的獨立通風系統，掘進施工+630 m水平回風道，最后形成通風系統如圖4所示。回風道采用EBZ-260型綜掘機掘進，以錨網索噴的支護形式進行永久支護，斷面積13.09 m2，掘進期間采用局部通風機通風，設計風量209 m3/min。

圖4 調整后W03工作面通風路線Fig.4 Ventilation route of W03 working face after adjustment

根據《煤礦安全規程》第143條規定，特編制貫通通風系統調整方案及安全技術措施。貫通后通風路線為主(副)斜井→軌道(運輸)石門→運輸上山→W03運輸順槽→W03工作面→W03軌道順槽→+630 m水平車場繞道→+630 m水平回風道→回風上山→+569 m水平回風石門→立風井→地面。

2.2 安全技術方案

根據礦井采空區防滅火經驗，W03工作面采用以連續注氮、條帶式注漿為主，以撒施阻化劑、三相泡沫定向防滅火及地表裂隙回填為輔，監測監控、束管取樣分析和電阻測溫為監測手段的綜合防滅火體系[17-19]。為了通風系統調整后防滅火系統建設的合理性，提前做好防滅火分系統的建設。

W03工作面通風系統調整時，成立了以總工程師為組長的安全風險辨識評估小組，通過現場勘查以及調閱相關內業資料，最后研究討論W03工作面通風系統調整共辨識出9項危險因素，不存在重大風險，針對辨識出的危險因素編制《W03工作面通風系統調整方案及安全技術措施》。嚴格按照標準化要求構筑好選定位置的通風設施。按照《煤礦安全規程》第143條規定，編制專項貫通措施，做好貫通前后的風量測定并做好記錄。嚴格落實瓦斯巡回檢查制度，杜絕瓦斯超限作業，且現場有專人指揮，嚴格按照提前制定的方案執行。

3 調整W03工作面通風方式的優點

3.1 通風系統布置

W03工作面通風方式調整后，采用全風壓“U”型上行通風，通風路線為運輸順槽進風，軌道順槽回風，通風路線簡單，進回風壓差分布均勻，減少采空區漏風。瓦斯密度小于空氣，往往大部分漂浮于頂板上部，改為上行通風后，風流方向與瓦斯漂浮方向一致，這樣一來風流對瓦斯的擾動和混合能力減弱，容易造成上隅角瓦斯積聚，增大工作面風量可以解決瓦斯積聚這一問題[20]。

3.2 調整后工作面采空區“三帶”分布

W03工作面通風方式改變后，采空區“三帶”劃分重點以氧氣濃度為指標，從工作面液壓支架前200 m沿軌道順槽底板靠近煤壁外幫敷設一趟5芯束管及溫度采集線路(共5根)，外套φ50 mm無縫鋼管，分別測定采空區不同位置氣體濃度變化。確定自燃“三帶”范圍時按照氧濃度劃分，散熱帶氧氣濃度>15%，氧化帶氧氣濃度在5%～15%，窒息帶氧氣濃度<5%。

經過現場實測數據得出，進風側架后20 m范圍為散熱區，回風側10 m范圍為散熱區；工作面傾向中部有一狹長區域散熱區，其走向寬度約15 m左右。采空區氧化升溫區有2個，一個位于進風側架后20～70 m，運輸順槽煤幫至采空區20 m；另一個位于回風側架后10～60 m，軌道順槽煤幫至采空區15 m，如圖5所示。

圖5 調整后采空區“三帶”范圍Fig.5 “Three zones” range in goaf after adjustment

采用不同的通風方式監測相同埋深的點。通風方式改變前采空區CO濃度最高為68×10-6，埋深50 m后CO濃度逐漸下降，溫度最高28 ℃，埋深40 m后呈下降趨勢，O2濃度在氧化升溫帶下降緩慢。回風隅角O2濃度整體在20%以下，存在低氧報警的風險，CO濃度長期在22×10-6左右，存在氣體超限的風險。通風方式改變后CO濃度最高58×10-6，埋深40 m后CO濃度逐漸下降，溫度最高27 ℃，埋深40 m后呈下降趨勢，O2濃度在氧化升溫帶下降較快，且“三帶”區域明顯縮小。回風隅角O2濃度整體在20%以上，CO濃度整體在15×10-6左右，不存在氣體超限的風險。

4 結論

(1)通過改變W03工作面通風方式，進一步優化局部通風系統，促使W05運輸順槽聯絡巷掘進期間通風更加合理，避免出現不合理的串聯通風問題。

(2)調整通風方式后，W03工作面“三帶”分布范圍減小，采空區CO氣體最高濃度由調整前68×10-6降低至58×10-6；回風隅角O2濃度保持在20%以上，CO濃度不存在超限情況。

(3)治理工作面回風隅角瓦斯效果顯著，采取以注氮、灌漿為主的綜合防滅火措施，能夠較好地預防采空區遺煤自然發火，促進礦井安全生產和高質量發展。