塔山煤礦30507綜放工作面均壓通風系統設計

文/姜 軍

均壓通風是采取通風技術措施，調節漏風風路兩端的風壓差，控制漏風方向及漏風量，從而改變采空區漏風現象，使之減小或趨于零，達到抑制采空區中遺留煤炭自燃和防止瓦斯在巷道和采煤工作面聚集的目的。中煤大同能源塔山煤礦針對30507綜放工作面CO濃度、溫度、自然發火的規律特點，基于均壓通風防滅火技術原理，經過對30507綜放工作面均壓風量進行計算和對通風機設備準確選型，構建了均壓通風系統，均壓通風技術應用效果顯著，實現了安全回采，為類似條件煤礦提供了參考與借鑒。

一、概況

1.30507工作面基本情況

塔山煤礦30507綜采工作面位于+1045m水平三盤區，工作面上部為10205、10207采空區，層間距4～6m，西部為30509采空區，煤柱8m。工作面處于3#～5#煤層，上覆侏羅系煤層與3#～5#層間距約250m左右，是石炭系太原組3#～5#煤層第五個工作面。采用走向長壁綜采放頂煤回采工藝，工作面回采長1666.94m，傾向長193m，回采面積321719.4m2，由東北向西南方向推進，西側布置回風順槽，東側布置膠帶順槽，均沿煤層底板布置。

30507膠帶順槽與1045皮帶大巷連接，與1045輔運大巷通過輔運聯巷相連接。30507回風順槽與1045回風大巷通過回風繞道相連接，與1045輔運大巷通過輔運聯巷相連接。膠帶順槽、回風順槽均鋪設三根ф12mm火災束管，膠帶順槽布置ф114mm注氮管路三趟，回風順槽布置ф159mm注漿管路一趟、阻化劑噴灑泵一套。

2.礦井通風概況

塔山煤礦采用中央分列式通風方式，主平硐和副平硐進風，設有回風斜井進行回風，配有2臺FBCDZNO.34/2×800型礦用對旋防爆變頻軸流式通風機，功率2×800kW，葉片角度-3°，1臺工作，1臺備用。工作方法為負壓抽出式。目前礦井總進風量為11778m3/min，總回風量為11925m3/min，負壓為1050Pa。現全礦共有一個綜放工作面（30507綜放工作面），兩個掘進工作面（30517膠帶順槽和30517回風順槽）。礦井具備完整的獨立通風系統，通風設施安全可靠，各用風點風量充足、風流穩定，全礦井無無風、微風作業現象。

2021年經鑒定為低瓦斯礦井。礦井絕對瓦斯涌出量為4.00m3/min，相對涌出量為0.70m3/t，采面最大絕對瓦斯涌出量為2.01m3/min，掘進面最大絕對瓦斯涌出量為0.18m3/min。礦井無瓦斯抽放系統，無瓦斯異常涌出情況。經山西省煤礦設備安全技術檢測中心鑒定，3#～5#煤層自燃傾向性為Ⅱ級，屬自燃煤層，具有煤塵爆炸性。經河南理工大學實驗室鑒定，3#～5#煤層最短自燃時間為56天。

二、均壓通風技術措施

30507工作面設計采用綜采放頂煤開采工藝，開采強度大，放頂煤后頂板冒落下沉，上覆2#煤層采空區塌陷與30507工作面采空區通連，同時與上覆侏羅系老空區裂隙連接，形成漏風通道，在礦井負壓作用下，使上覆老空區有害氣體涌向本工作面，影響煤礦安全生產。為了確保30507工作面安全回采，決定采用均壓通風設計，治理氣體異常涌出情況。工作面回采時，當班瓦檢員對工作面的進回風巷的風量定時定點測量，并對工作面上隅角、頭、中、尾、下隅角及回風流的CO2、CH4、O2、CO濃度指標進行測定，采取措施及時進行治理，確保安全回采。

三、風量計算與通風機選型

1.風量計算

30507采煤工作面風量應按瓦斯、二氧化碳涌出量、工作面現場氣象條件、風速及風量，根據工作面最多人數進行計算，取最大值用風速驗算。

（1）按現場氣象條件計算。

式中：

Qcf—采煤工作面實際需要風量，m3/min；

Vcf—30507采煤工作面適宜風速，取1.0m/s（見表1）；

表1 采煤工作面空氣溫度與風速

Scf—30507采煤工作面有效斷面積，取23.48m2；

Kch—30507采煤工作面采高風量調整系數，取1.2（見表2）；

表2 采煤工作面采高風量調整系數

Kcl—30507采煤工作面長度風量調整系數，取1.2（見表3）。

表3 采煤工作面長度風量調整系數

工作面最大控頂距為6.579m，最小控頂距為5.779m，采高為3.8m，平均有效斷面積Scf=（6.579+5.779）/2×3.8=23.48m2。

（2）按瓦斯涌出量計算。

式中：

Qcf—采煤工作面實際需要風量，m3/min；

qcg—回采最大瓦斯絕對涌出量，取2.01m3/min；

Kcz—采煤工作面瓦斯涌出量不均衡系數，取2.5；

125—按采煤工作面回風流中瓦斯濃度不應超過0.8%的換算系數。

（3）按工作面人員數量計算。

式中：

Q采—采煤工作面需要風量，m3/min；

4—每人每分鐘供給的最低風量；

N采—根據《煤礦井下單班作業人數限員規定（試行）》規定，工作面同時工作的最多人數，取30人。

（4）按CO2涌出量計算。

式中：

Qcc—2021年度瓦斯等級鑒定綜采工作面回風巷風流平均二氧化碳絕對涌出量為2.16m3/min，故取2.16m3/min。

（5）煤礦用防爆柴油動力裝置所需風量。

使用煤礦用防爆柴油動力無軌膠輪運輸車進行車輛行駛巷道供風量計算，同時還應當設定最多運輸車輛數增加巷道配風量，配風量不小于4m3/min。

式中：

Qdl—使用煤礦用防爆型柴油動力裝置機車巷道需風量，m3/min；

Ndl—該地點煤礦用無軌運輸車臺數，取1臺；

Pdl—該地點煤礦用無軌運輸車功率，取110kW；

4—每千瓦每分鐘供給的最低風量，m3/min。

kdl—配風系數，該區域使用1臺煤礦用無軌運輸車運輸，Kdl設為1。該區域使用2臺煤礦用無軌運輸車運輸，Kdl設為0.75；該區域使用3臺或以上煤礦用無軌運輸車運輸，Kdl設為0.5。

上述計算最大值為1495m3/min，根據《煤礦礦井風量計算方法》（MT/T634-2019）要求，行駛車輛巷道的供風量應當按同時運行的最多車輛增加巷道配風量，因此，30507工作面行使車輛不得超過3輛車。

（6）按風速進行計算。

①計算最小風量。

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，取6.579m；

hcf—采煤工作面實際采高，取3.8m；

②驗算最大風量。

式中：

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，取5.779m；

hcf—采煤工作面實際采高，取3.8m；

經驗算，262.5m3/min≤Q采≤3688.8m3/min，風量合理。根據以上計算，確定30507綜放工作面實際需風量為：1495m3/min。

2．均壓風機選型

30507工作面配風量為1495m3/min，考慮均壓設施巷道調節設施最大漏風300m3/min，膠帶順槽均壓風門最大漏風800m3/min，累計最大漏風量1100m3/min，均壓風機吸風量必須大于2600m3/min，所以方案選用8臺FBDNO.8.0/2×75kW對旋軸流式風機并聯運行，單臺風機吸風量為1010m3/min，效率為90%，理論供風能力為3636m3/min，能夠滿足通風要求。工作面均壓系統啟動后，預計進風順槽風量在2200～2300m3/min，回風風量在2300～2400m3/min左右。

四、均壓通風設施安裝

1.通風機及風門安裝

在30507工作面均壓硐室內距巷口30m處，施工一道600mm厚調節設施，并埋設4趟Φ1000mm的硬質風筒，硬質風筒穿過調節設施。在均壓硐室內安裝8臺FBDNO.8.0/2×75kW對旋軸流式局部通風機，3主5備，使用風筒分流器與調節設施的軟質風筒連接，用于為工作面均壓通風系統供風。在30507膠帶順槽均壓硐室與回風繞道之間構筑3道均壓風門，規格尺寸為2.8×2.8m，間距為12m；在回風順槽停采線以南安裝3道均壓調節風門，規格尺寸為4.3×3.3m，間距為15m。將30507膠帶順槽巷內3道均壓風門跨皮帶處安裝擋風裝置，并將所有風門墻體側幫的管線、排水溝、電纜孔等漏風處進行嚴密封堵。在30507膠帶順槽、30507回風順槽、30507回風順槽聯巷自動風門外安裝壓力傳感器及U型水柱壓差計，實時監測校對均壓風門內外壓差。

2.報警傳感器安裝

在30507工作面上隅角及回風流安設CH4傳感器，所有CH4傳感器的報警值均設置為≥0.8%，上隅角、工作面CH4傳感器的斷電值為≥1.2%，復電值全部為＜0.8%，斷電范圍為30507工作面的進、回風巷道內所有非本質安全型電氣設施設備。在30507工作面安裝一臺O2傳感器，O2傳感器報警值為≤18.5%。在30507工作面上隅角、工作面各安裝一臺CO傳感器，報警值均為≥24PPM。在30507工作面進、回風順槽測風站安裝風速傳感器實時監測工作面風速及風量。在均壓硐室內，工作面頭、中、尾、設備列車操作臺以及回風巷間隔200m處安裝一臺風機開停聲光語音報警裝置，實現與8臺均壓風機全部連鎖。

3.水柱壓差計安設

工作面實施均壓前，在兩順槽距工作面200米位置向上覆2#煤層采空區施工鉆孔，通風管理單位利用該鉆孔測定上覆采空區風壓差，在鉆孔區域安設水柱壓差計測壓，同時觀測上覆采空區氣體變化和上下層之間的壓差，并對鉆孔內的氣體取樣分析，查明上覆采空區內的氣體狀況，為30507工作面調壓提供依據。

五、結語

塔山煤礦采用均壓通風設計，保證了30507工作面安全回采。

（1）30507工作面進、回風順槽內通過向上覆采空區鉆孔測壓觀測上下層的壓差信息，保證經過調壓后30507工作面與上覆采空區上下層壓差平衡，通過計算得出確定30507工作面進風不低于1495m3/min。

（2）30507后退式回采工作面，通風系統風壓不同，影響采空區空氣流動，通過安裝8臺FBDNO.8.0/2×75kW對旋軸流式局部通風機，3主5備，用于為工作面均壓通風系統供風，確保風壓平衡。

（3）加強工作面采空區防滅火監測，發現采空區出現CO氣體持續上升或乙烯、乙炔等自然發火標志性氣體，采取措施及時進行治理，確保安全回采。