郭興明

(山西大同大學(xué)煤炭工程學(xué)院，山西省大同市，037003)

★ 煤礦安全 ★

均壓通風(fēng)技術(shù)在易燃厚煤層綜放工作面的應(yīng)用

郭興明

(山西大同大學(xué)煤炭工程學(xué)院，山西省大同市，037003)

針對易燃厚煤層綜放工作面存在的采空區(qū)遺煤多、漏風(fēng)規(guī)律復(fù)雜、存在大量有害氣體等問題，為防止采空區(qū)發(fā)生自然發(fā)火和采空區(qū)的有害氣體異常涌入工作面，在綜放工作面構(gòu)建了均壓通風(fēng)系統(tǒng)，工作面回采期間均壓通風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、可靠，有效減少了工作面與采空區(qū)間的漏風(fēng)量，防止了采空區(qū)自然發(fā)火和有害氣體異常涌入等災(zāi)害的發(fā)生，保障了工作面的安全生產(chǎn)。

易燃厚煤層 自然發(fā)火 均壓通風(fēng)系統(tǒng) 技術(shù)措施

山東省滕東煤礦主采3下煤層，該煤層平均厚度為5.27 m，采用綜采放頂煤工藝開采，屬于易自燃煤層，最短自然發(fā)火期僅為37 d。105工作面是3下煤層的第2個回采工作面，位于一采區(qū)中部，東側(cè)為107工作面采空區(qū)，其間存在4 m的煤柱，為典型的半孤島工作面。107采空區(qū)存在大量遺煤，并且存在一定量的CO和CH4等有毒有害氣體。在105工作面回采初期，工作面與其后部采空區(qū)及鄰側(cè)107采空區(qū)的漏風(fēng)問題嚴(yán)重，工作面后部和鄰側(cè)采空區(qū)自然發(fā)火危險性大，同時工作面還面臨采空區(qū)有害氣體異常涌入危險，對工作面的安全生產(chǎn)構(gòu)成了嚴(yán)重威脅。

1 工作面自然發(fā)火監(jiān)測及漏風(fēng)狀況檢測

1.1 自然發(fā)火監(jiān)測

105工作面鄰側(cè)的107采空區(qū)存在大量遺煤，具有很大的自然發(fā)火危險性，需要對107采空區(qū)的自然發(fā)火情況進(jìn)行監(jiān)測，為此在105工作面回風(fēng)巷道向107采空區(qū)施工了8個自然發(fā)火監(jiān)測鉆孔。鉆孔長度4 m，距煤層底板1.5 m沿工作面走向布置，1#鉆孔距工作面200 m，鉆孔間距為100 m，鉆孔的具體布置如圖1所示。

每一個監(jiān)測鉆孔均布置了一個溫度傳感器和一路取樣束管，共布置了8個溫度傳感器和8路取樣束管，溫度傳感器和取樣束管置于鋼管內(nèi)，取樣束管的前端安設(shè)有粉塵過濾器，鋼管的兩端頭用環(huán)氧樹脂進(jìn)行封堵，安裝前需對其密封效果進(jìn)行檢驗。隨著105工作面的推進(jìn)，每天采集并記錄各監(jiān)測鉆孔的溫度數(shù)據(jù)，并通過氣相色譜分析儀對各監(jiān)測鉆孔采集的氣樣進(jìn)行分析，通過采空區(qū)的溫度和氣樣組成及濃度變化，對采空區(qū)的自然發(fā)火情況進(jìn)行監(jiān)測。

圖1 自然發(fā)火監(jiān)測鉆孔布置圖

1.2 漏風(fēng)狀況檢測

為全面掌握105工作面的漏風(fēng)規(guī)律，采用SF6示蹤氣體檢測技術(shù)對105工作面的漏風(fēng)狀況進(jìn)行了檢測。首先在示蹤氣體釋放點(進(jìn)風(fēng)隅角)連續(xù)釋放2000 ml SF6氣體，示蹤氣體釋放后的前10 h，對1#～8#監(jiān)測鉆孔每隔1 h采集氣樣一次，然后每隔2 h采樣一次，累計采樣20次。通過對105工作面的漏風(fēng)檢測，發(fā)現(xiàn)：

(1)105工作面與采空區(qū)間存在兩條漏風(fēng)通道：一是進(jìn)風(fēng)流由進(jìn)風(fēng)隅角進(jìn)入105工作面后部采空區(qū)，再通過后部采空區(qū)向鄰近107采空區(qū)漏風(fēng)，部分漏風(fēng)通過回風(fēng)隅角回流至工作面風(fēng)流；二是回風(fēng)巷道中的風(fēng)流通過鄰空側(cè)煤柱的裂隙向107采空區(qū)漏風(fēng)。后者的漏風(fēng)問題更加嚴(yán)重。

(2)通過對采集到的氣樣進(jìn)行分析，得出1#～8#測點的最低漏風(fēng)流速分別為0.57 m/min、0.37 m/min、0.25 m/min、0.27 m/min、0.19 m/min、0.13 m/min、0.14 m/min和0.15 m/min。距工作面較近的監(jiān)測鉆孔區(qū)域的漏風(fēng)流速明顯更大，距工作面較遠(yuǎn)區(qū)域的漏風(fēng)流速相差不大，其中1#測點的漏風(fēng)流速最大，其次是2#測點，3#、4#測點相差不大，6#～8#測點的漏風(fēng)流速也相差不大。

2 均壓通風(fēng)技術(shù)的應(yīng)用

為了減少105工作面與采空區(qū)間的漏風(fēng)量，防止采空區(qū)遺煤發(fā)生自然發(fā)火和采空區(qū)有害氣體涌入工作面，在105工作面采用了開采區(qū)均壓通風(fēng)技術(shù)中的局部通風(fēng)機(jī)—調(diào)節(jié)風(fēng)窗聯(lián)合均壓。

2.1 均壓通風(fēng)系統(tǒng)布置

根據(jù)105工作面的通風(fēng)系統(tǒng)布局，在進(jìn)風(fēng)巷道布置2臺局部通風(fēng)機(jī)，1臺正常運(yùn)轉(zhuǎn)，1臺備用，在回風(fēng)巷道布置調(diào)節(jié)風(fēng)窗，具體布置如圖2所示。

圖2 105工作面均壓通風(fēng)系統(tǒng)

2.2 均壓通風(fēng)實施方案

(1)首先布置好調(diào)節(jié)風(fēng)窗，安裝好局部通風(fēng)機(jī)，并對通風(fēng)機(jī)的運(yùn)行情況進(jìn)行調(diào)試，確保設(shè)備和線路完好，通風(fēng)機(jī)性能可靠，雙風(fēng)機(jī)雙電源自動切換功能靈敏可靠。

(2)在啟動均壓通風(fēng)系統(tǒng)前，將105工作面所有作業(yè)人員撤出，并將工作面所有電氣設(shè)備電源切斷。

(3)啟動布置在進(jìn)風(fēng)巷道的局部通風(fēng)機(jī)，通過調(diào)整回風(fēng)巷道調(diào)節(jié)風(fēng)窗的開口面積，對工作面的風(fēng)量和風(fēng)流壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)，確保工作面的風(fēng)流和氣壓穩(wěn)定，風(fēng)量滿足要求。

(4)待檢查確認(rèn)工作面、進(jìn)回風(fēng)流中CH4濃度小于1.0%、CO2濃度小于1.5%、CO濃度小于0.0024%，且O2濃度大于19%后，為105工作面的電氣設(shè)備供電。

(5)在均壓通風(fēng)系統(tǒng)正常運(yùn)行1 h，且確認(rèn)工作面通風(fēng)設(shè)施完好，通風(fēng)機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定可靠，風(fēng)量滿足要求，風(fēng)流和風(fēng)壓穩(wěn)定，CH4、CO2、CO和O2等氣體濃度正常后，方可允許作業(yè)人員進(jìn)入工作面開始作業(yè)。

3 均壓通風(fēng)系統(tǒng)的安全保障技術(shù)措施

(1)105工作面的帶班班長、技術(shù)員、安全員入井前，必須攜帶多功能便攜儀，以便及時掌握工作面有害氣體情況，所有作業(yè)人員必須隨身攜帶自救器，確保在緊急情況下能及時安全撤離，在進(jìn)風(fēng)、回風(fēng)巷道超前支架處各備用2臺礦用壓縮氧式自救器作應(yīng)急使用。

(2)均壓通風(fēng)機(jī)、調(diào)節(jié)風(fēng)窗等通風(fēng)設(shè)施安排專人負(fù)責(zé)監(jiān)護(hù)，合理安排均壓通風(fēng)設(shè)備檢修維護(hù)時間。

(3)做好工作面液壓支架的檢修和維護(hù)，保證支架初撐力，合理掌握頂板周期來壓步距，控制工作面循環(huán)進(jìn)度，降低周期來壓對均壓通風(fēng)系統(tǒng)的影響。

(4)定期對均壓通風(fēng)設(shè)施進(jìn)行檢查和維護(hù)，每天對均壓通風(fēng)系統(tǒng)的運(yùn)行情況、工作面風(fēng)量、風(fēng)壓和有害氣體濃度進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)異常情況立即上報并采取措施進(jìn)行處理。

(5)當(dāng)均壓通風(fēng)機(jī)由于停電或其它原因造成通風(fēng)機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，應(yīng)采取如下措施：均壓通風(fēng)機(jī)看護(hù)人員立即電話通知工作面，當(dāng)班隊長接到電話后立即安排人員切斷工作面采煤機(jī)、刮板輸送機(jī)等所有電源，帶領(lǐng)工作面所有作業(yè)人員撤離。并在進(jìn)風(fēng)巷道和回風(fēng)巷道外側(cè)設(shè)置警戒，嚴(yán)禁人員進(jìn)入；均壓通風(fēng)機(jī)開啟前，先由瓦檢員對通風(fēng)機(jī)及其開關(guān)附近10 m范圍內(nèi)的瓦斯?jié)舛群虲O濃度進(jìn)行檢查，當(dāng)瓦斯?jié)舛刃∮?.0%、CO濃度小于0.0024%時，開啟通風(fēng)機(jī)；在均壓通風(fēng)機(jī)開啟30 min后，均壓通風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行正常，由瓦檢員檢查確認(rèn)通風(fēng)機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定可靠、風(fēng)量滿足要求、風(fēng)流和風(fēng)壓穩(wěn)定、各氣體濃度正常的情況下，方可允許作業(yè)人員進(jìn)入。

(6)如遇有計劃停風(fēng)，均壓通風(fēng)機(jī)檢修、雙通風(fēng)機(jī)切換試驗等情況，必須提前通知調(diào)度室，現(xiàn)場當(dāng)班隊長帶領(lǐng)工作面所有人員撤離，并在進(jìn)風(fēng)巷道和回風(fēng)巷道外側(cè)設(shè)置警戒，待均壓通風(fēng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)30 min且工作面各項參數(shù)滿足要求的情況下，方可進(jìn)入工作面作業(yè)。

4 均壓通風(fēng)技術(shù)的應(yīng)用效果

(1)在105工作面構(gòu)建均壓通風(fēng)系統(tǒng)后，結(jié)合部分漏風(fēng)控制技術(shù)措施的應(yīng)用(在進(jìn)、回風(fēng)巷道每隔20 m布置一道隔離墻；在105回風(fēng)巷道向沿空側(cè)煤柱噴涂SPA-4輕型堵漏風(fēng)材料)，有效減少了105工作面與采空區(qū)間的漏風(fēng)量，通過采用SF6示蹤氣體檢測，發(fā)現(xiàn)各測點的漏風(fēng)流速均降低至0.1 m/min以下。

(2)在105工作面采用均壓通風(fēng)技術(shù)后，105工作面后部及鄰側(cè)采空區(qū)未發(fā)生過自然發(fā)火，同時工作面沒有出現(xiàn)有害氣體異常涌入的情況，工作面的CO、CH4等有害氣體始終控制在安全范圍，有效保障了工作面的安全生產(chǎn)。

(3)均壓通風(fēng)系統(tǒng)的安全保障技術(shù)措施的應(yīng)用，有效保障了均壓通風(fēng)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，均壓通風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行期間，工作面的風(fēng)量、風(fēng)壓穩(wěn)定，沒有影響工作面的安全生產(chǎn)。

5 結(jié)論

(1)均壓通風(fēng)技術(shù)在105工作面的應(yīng)用，有效降低了工作面與采空區(qū)間的漏風(fēng)量，防止了采空區(qū)遺煤發(fā)生自然發(fā)火和采空區(qū)有害氣體異常涌入工作面，保障了工作面的安全高效生產(chǎn)。

(2)防滅火監(jiān)測鉆孔的應(yīng)用，有效解決了采空區(qū)自然發(fā)火的監(jiān)測、工作面與采空區(qū)漏風(fēng)的監(jiān)測以及發(fā)生煤炭自燃后對采空區(qū)自然發(fā)火區(qū)域的快速應(yīng)急處理等問題。

[1]楊運(yùn)良,程磊.采用均壓技術(shù)防止綜放采空區(qū)自然發(fā)火.煤礦安全, 2010(2)

[2]劉茂軍.均壓通風(fēng)技術(shù)在有害氣體治理中的應(yīng)用.中州煤炭, 2011(6)

[3]黃光磊.均壓通風(fēng)在防止礦井漏風(fēng)中的應(yīng)用.中國煤炭, 2010(增)

[4]王德明.礦井火災(zāi)學(xué).徐州:中國礦業(yè)大學(xué)出版社,2008

[5]張斌.均壓通風(fēng)防滅火技術(shù)的應(yīng)用實踐.煤礦安全, 2011(2)

[6]吳有增.均壓通風(fēng)技術(shù)在常村礦井瓦斯治理中的應(yīng)用.中國煤炭,2003(2)

(責(zé)任編輯 張艷華)

Application of pressure balancing ventilation technologyin fully-mechanized caving face at inflammable thick coal seam

Guo Xingming

(College of Mining Engineering, Shanxi Datong University, Datong, Shanxi 037003, China)

Aiming at problems in fully-mechanized caving face at inflammable thick coal seam, such as residual coal at gob, complicated air leakage law, and large number of harmful gases, pressure balancing ventilation system was established at working face to prevent spontaneous combustion and harmful gases gushing into working face from happening. The system operated steadily and reliably during mining production period, effectively reduced the amount of air leakage between working face and gob, avoided the occurrence of spontaneous combustion at gob and abnormal influx of toxic gases and ensured safety production at working face.

inflammable thick coal seam, spontaneous combustion, pressure balancing ventilation system, technical measures

TD724

A

郭興明(1965-)，男，山西懷仁人，在讀碩士研究生，副教授，從事教學(xué)和教學(xué)管理工作。