王海生

(中煤科工集團(tuán)重慶研究院有限公司，重慶市沙坪壩區(qū)，400037)

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兩進(jìn)一回均壓通風(fēng)防滅火技術(shù)的應(yīng)用

王海生

(中煤科工集團(tuán)重慶研究院有限公司，重慶市沙坪壩區(qū)，400037)

板定梁塔煤礦1203工作面在主要通風(fēng)機(jī)負(fù)壓作用下，周邊火區(qū)的CO氣體通過(guò)地面裂隙或采空區(qū)等漏風(fēng)通道進(jìn)入工作面，引起CO超限。針對(duì)1203工作面兩進(jìn)一回的特點(diǎn)，通過(guò)構(gòu)建通風(fēng)機(jī)、風(fēng)門(mén)、密閉、氣室、調(diào)節(jié)風(fēng)窗等通風(fēng)構(gòu)筑物，成功應(yīng)用了均壓通風(fēng)防滅火技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了工作面風(fēng)量、上下煤層風(fēng)壓的動(dòng)態(tài)平衡，防止了風(fēng)流反向，降低了風(fēng)流煤塵濃度。結(jié)果表明：均壓通風(fēng)防滅火技術(shù)提升了工作面風(fēng)流壓力，減少了漏風(fēng)量，有效抑制了采空區(qū)CO氣體向回采工作面溢出。

防滅火 均壓通風(fēng) 上隅角 兩進(jìn)一回通風(fēng) 采空區(qū) 一氧化碳?xì)怏w

據(jù)統(tǒng)計(jì)，神木縣的大柳塔、中雞、孫家岔、店塔等7個(gè)煤田區(qū)域存在火災(zāi)隱患，這些地區(qū)地面裂隙和火點(diǎn)多，房柱式采空區(qū)空間大，小煤礦露頭火區(qū)影響到周邊146個(gè)煤礦。由于滅火工程投入大、周期長(zhǎng)，大部分井工開(kāi)采的礦井受到周邊火區(qū)的影響，在短時(shí)間內(nèi)都不能靠滅火解決問(wèn)題。均壓通風(fēng)是防止因周邊火區(qū)導(dǎo)致工作面CO超限的一種有效防滅火措施。目前國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)均壓通風(fēng)已經(jīng)進(jìn)行了大量研究，在U型通風(fēng)、U+I型通風(fēng)、U+U型通風(fēng)和Y型通風(fēng)工作面應(yīng)用均壓技術(shù)，抑制了上部采空區(qū)CO涌入本煤層工作面，確保了井下工人安全作業(yè)。針對(duì)兩進(jìn)一回U型通風(fēng)工作面，孟清華采用了均壓通風(fēng)技術(shù)解決了補(bǔ)連塔煤礦上隅角氧體積分?jǐn)?shù)偏低問(wèn)題，但是沒(méi)有考慮工作面進(jìn)風(fēng)巷道風(fēng)流反向的問(wèn)題；陳萬(wàn)勝等雖然在工作面運(yùn)輸巷道和輔運(yùn)巷道設(shè)置了均壓通風(fēng)機(jī)，解決了風(fēng)流反向的問(wèn)題，但是卻增加了風(fēng)流中煤塵濃度。本文以板定梁塔煤礦1203回采工作面為研究對(duì)象，針對(duì)兩進(jìn)一回U型通風(fēng)工作面的特點(diǎn)，應(yīng)用均壓通風(fēng)防滅火技術(shù)治理上覆房柱式采空區(qū)CO氣體涌入工作面的問(wèn)題。

1 工作面概況

板定梁塔煤礦位于陜北侏羅紀(jì)煤田，北部以陜蒙邊界為界，東北部與活雞兔井田及朱家溝煤礦相鄰。礦井設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為0.9 Mt/a，主要開(kāi)采1-2上#、1-2#、2-2#、3-1#煤層, 其中1-2上#煤層和1-2#煤層平均間距為25 m。1-2#煤層布置的1203工作面埋藏深度為100 m，走向長(zhǎng)度為739 m，傾向長(zhǎng)度為200 m，采用綜合機(jī)械化一次采全高。工作面煤層賦存比較穩(wěn)定，煤層厚度為3.7～4.3 m，平均厚度為4.0 m，煤層厚度變化極小。煤層自燃傾向性等級(jí)為Ⅰ類(lèi)，屬易自燃煤層。工作面東側(cè)為1201綜采工作面采空區(qū)，西側(cè)為炮采采空區(qū)，上覆煤層已經(jīng)全部回采完畢。1203工作面設(shè)計(jì)采用U型負(fù)壓通風(fēng)，運(yùn)輸巷道和輔運(yùn)巷道進(jìn)風(fēng)，回風(fēng)巷道回風(fēng)。

2 工作面CO超限情況

1201工作面回采過(guò)程中，與當(dāng)時(shí)為備采工作面的1203工作面采用了雙工作面聯(lián)合均壓通風(fēng)。1201工作面回采完畢封閉后，1203工作面就切換為負(fù)壓通風(fēng)。2016年5月8日，回風(fēng)井井口CO濃度達(dá)到了0.0073%，初步分析認(rèn)為是風(fēng)量過(guò)小造成的，便采取了加大風(fēng)量的措施；5月9日CO濃度下降至0.0028%；但在5月10-12日CO濃度又呈上升趨勢(shì)，達(dá)到了0.006%左右；5月13日，安排技術(shù)人員排查井下CO涌入點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)盤(pán)區(qū)大巷與1201采空區(qū)構(gòu)建的3處密閉CO超限。1203回風(fēng)巷道和盤(pán)區(qū)大巷與1201采空區(qū)的聯(lián)絡(luò)巷共構(gòu)建了12處密閉，為了分析上煤層采空區(qū)內(nèi)氣體濃度，也為了工作面應(yīng)用均壓通風(fēng)時(shí)觀測(cè)上下煤層的壓差，在每處密閉的聯(lián)絡(luò)巷口向1-2上#煤層采空區(qū)施工了12個(gè)探測(cè)鉆孔(編號(hào)1#～12#)，從5月14-20日連續(xù)7 d對(duì)所有的鉆孔上煤層采空區(qū)內(nèi)CO濃度測(cè)量1次。上煤層采空區(qū)CO濃度變化趨勢(shì)如圖1所示。

從圖1可以看出，距離1203工作面切眼位置最近的1#探測(cè)鉆孔內(nèi)CO濃度最低，為0.0327%，離切眼越遠(yuǎn)，越靠近盤(pán)區(qū)回風(fēng)大巷的探測(cè)鉆孔CO濃度越高，12#探測(cè)鉆孔內(nèi)CO濃度最高，達(dá)到0.126%。每個(gè)鉆孔內(nèi)CO濃度在幾天內(nèi)都呈現(xiàn)相對(duì)穩(wěn)定的趨勢(shì)，而且上部采空區(qū)氣體溫度為常溫，說(shuō)明CO并非是上部采空區(qū)煤炭自燃產(chǎn)生的。CO氣體濃度高的原因有兩個(gè)：一是板定梁塔煤礦煤層埋藏淺，上下煤層的采空區(qū)與地面出現(xiàn)的裂縫互相貫通，形成了一個(gè)漏風(fēng)通道；另一個(gè)是周邊的朱家溝煤礦采用了露天剝離的方式對(duì)原來(lái)房柱式開(kāi)采殘留煤柱進(jìn)行回采，而1201采空區(qū)與朱家溝煤礦直線距離僅為100 m，在負(fù)壓通風(fēng)作用下，井田邊界露天剝離煤柱自燃產(chǎn)生的有毒有害氣體會(huì)通過(guò)漏風(fēng)通道涌入1203工作面。因此在1203工作面應(yīng)用均壓通風(fēng)防滅火技術(shù)，可以防止朱家溝煤礦露天剝離煤柱自燃產(chǎn)生的有毒有害氣體進(jìn)入工作面，確保1203工作面的安全回采。

3 工作面均壓通風(fēng)系統(tǒng)的應(yīng)用

3.1 原理

均壓通風(fēng)是在礦井主要通風(fēng)機(jī)合理運(yùn)行工況條件下，調(diào)整井下風(fēng)流，改變巷道風(fēng)壓，均衡火區(qū)，減少和杜絕漏風(fēng)，可以惰化或抑制煤炭自然發(fā)火。而調(diào)節(jié)進(jìn)、回風(fēng)巷之間的風(fēng)壓主要是利用通風(fēng)機(jī)、風(fēng)窗、風(fēng)門(mén)等通風(fēng)設(shè)施，通風(fēng)機(jī)選擇主要是由工作面風(fēng)量及風(fēng)壓所定。

3.2 通風(fēng)機(jī)選型

1203工作面的配風(fēng)量根據(jù)礦井通風(fēng)能力核定標(biāo)準(zhǔn)，依據(jù)CH4、CO2涌出量、工作面氣溫、人數(shù)和風(fēng)速等規(guī)定進(jìn)行計(jì)算，然后取其中最大值。

(1)按CH4涌出量計(jì)算，工作面絕對(duì)瓦斯涌出量為5.02 m3/min，瓦斯涌出量不均勻的備用系數(shù)取最大值1.6，則工作面風(fēng)量為803 m3/min。

(2)按CO2涌出量計(jì)算，工作面CO2絕對(duì)涌出量為1.3 m3/min，CO2涌出量不均勻的備用系數(shù)取最大值1.6，則工作面風(fēng)量為140 m3/min。

(3)按氣象條件計(jì)算，根據(jù)溫度選取采煤工作面風(fēng)速1.3 m/s，回采工作面平均有效斷面19.19 m2，工作面采高調(diào)整系數(shù)和長(zhǎng)度調(diào)整系數(shù)都取1.2，則工作面風(fēng)量為1509 m3/min。

(4)按工作面人員需求風(fēng)量計(jì)算，則工作面風(fēng)量為80 m3/min。

根據(jù)回采工作面進(jìn)、回風(fēng)巷最低、最高風(fēng)速可以得出工作面風(fēng)量的最小值與最大值分別為287 m3/min和4605 m3/min，則1203工作面所需風(fēng)量應(yīng)取為1509 m3/min。工作面的風(fēng)壓要求是1000～1600 Pa，綜合以上兩個(gè)條件，選擇4臺(tái)2×55 kW的FBD對(duì)旋式軸流局部通風(fēng)機(jī)供風(fēng)，兩用兩備。

3.3 均壓通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)置

為了在1203工作面應(yīng)用均壓，需要構(gòu)筑密閉、風(fēng)門(mén)、調(diào)節(jié)風(fēng)窗等通風(fēng)設(shè)施，具體位置見(jiàn)圖2，由圖2可以看出：在輔運(yùn)巷道與盤(pán)區(qū)運(yùn)輸大巷交叉口安裝4臺(tái)2×55 kW的局部通風(fēng)機(jī)，并在距電機(jī)4 m的位置構(gòu)建一道帶風(fēng)筒孔口的密閉；在運(yùn)輸巷道與盤(pán)區(qū)輔運(yùn)巷道聯(lián)絡(luò)巷口安裝2臺(tái)2×11 kW局部通風(fēng)機(jī)，并新建兩道密閉，密閉間距3 m，預(yù)留膠帶通道和行人風(fēng)門(mén)，靠近通風(fēng)機(jī)一側(cè)的密閉還要預(yù)留風(fēng)筒孔口。這樣建立的氣室不但可以避免運(yùn)輸巷道風(fēng)流反向，也避免風(fēng)流吹起膠帶上的煤塵，增加了工作面風(fēng)流中的粉塵濃度，膠帶通道處懸掛兩道風(fēng)障，防止工作面通過(guò)膠帶通道漏風(fēng)；在輔運(yùn)巷道和與盤(pán)區(qū)輔運(yùn)大巷聯(lián)絡(luò)巷以及回風(fēng)巷道與盤(pán)區(qū)輔運(yùn)大巷處新建風(fēng)門(mén)；在回風(fēng)巷道尾端，回風(fēng)巷道與盤(pán)區(qū)運(yùn)輸大巷處新建調(diào)節(jié)風(fēng)窗；在回風(fēng)巷道與回撤通道交叉口安裝U型水柱計(jì)，可以觀測(cè)上下煤層的壓力差。

圖2 均壓通風(fēng)示意圖

3.4 防滅火效果分析

通風(fēng)設(shè)施構(gòu)筑完成后，5月22日啟動(dòng)均壓通風(fēng)機(jī)，同時(shí)在上、下隅角懸掛風(fēng)障，防止工作面向采空區(qū)漏風(fēng)，安排專(zhuān)人看管通風(fēng)機(jī)、風(fēng)門(mén)。調(diào)節(jié)1203工作面的調(diào)節(jié)風(fēng)窗，使1203回風(fēng)巷道風(fēng)量為1350 m3/min，回風(fēng)巷道調(diào)節(jié)風(fēng)窗兩側(cè)的壓差為210 Pa，上下煤層U型水柱計(jì)讀數(shù)30 Pa，說(shuō)明本煤層比上煤層的壓力高30 Pa。均壓通風(fēng)系統(tǒng)穩(wěn)定24 h后，工作面上隅角和回風(fēng)巷CO讀數(shù)分別為0.0003%和0.0004%。

工作面回采期間，技術(shù)人員每天測(cè)量并記錄U型水柱計(jì)和工作面CO讀數(shù)。根據(jù)記錄數(shù)據(jù)做出工作面上下煤層壓差與CO濃度變化圖，如圖3所示，可以看出上下煤層壓差一直保持一個(gè)正值，說(shuō)明測(cè)點(diǎn)處的本煤層壓力比上煤層的壓力高。其中在7月25日的壓差最大為48 Pa，是因?yàn)楫?dāng)時(shí)上隅角CO濃度突然增大，將回風(fēng)巷道的調(diào)節(jié)風(fēng)窗調(diào)小、工作面的壓力變大引起的。U型水柱計(jì)被設(shè)置在1203工作面回風(fēng)巷道末端，依據(jù)工作面壓力分布規(guī)律，判斷出從運(yùn)輸巷道到回風(fēng)巷道整個(gè)采煤工作面的壓力都是高于上部煤層采空區(qū)的壓力，有效地防止上部采空區(qū)有毒有害氣體進(jìn)入工作面。

1203工作面應(yīng)用均壓通風(fēng)以來(lái)，工作面CO濃度沒(méi)有超限報(bào)警，上隅角CO濃度值最大為0.0013%，正常情況下上隅角和回風(fēng)巷CO濃度保持在0.0005%左右。

圖3 上下煤層壓差與CO濃度變化圖

4 結(jié)論

(1)通過(guò)構(gòu)筑通風(fēng)機(jī)、風(fēng)門(mén)和風(fēng)窗等通風(fēng)設(shè)施，在兩進(jìn)一回U型通風(fēng)工作面應(yīng)用了均壓通風(fēng)，改變了壓力分布，控制了漏風(fēng)，防止了上煤層采空區(qū)CO氣體的涌入。

(2)利用向上煤層采空區(qū)施工探測(cè)鉆孔，安設(shè)套管和U型水柱計(jì)，可以直觀得出上下煤層的壓力差。

(3)均壓通風(fēng)系統(tǒng)的平衡點(diǎn)經(jīng)常變化，需要根據(jù)工作面進(jìn)尺、工作面的煤塵、礦井主要通風(fēng)機(jī)頻率以及工作面CO濃度來(lái)調(diào)節(jié)風(fēng)窗和風(fēng)門(mén)，控制工作面風(fēng)量和風(fēng)壓。

(4)根據(jù)兩進(jìn)一回工作面的特點(diǎn)，在運(yùn)輸巷道利用局部通風(fēng)機(jī)和兩道密閉，設(shè)置了一間氣室，既防止了風(fēng)流反向，又避免了揚(yáng)塵。

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(責(zé)任編輯 張艷華)

Application of pressure balancing ventilation for fire prevention and control in work face

Wang Haisheng

(China Coal Technology Engineering Group Chongqing Research Institute, Shapingba, Chongqing 400037, China)

Under the condition of negative pressure ventilation system of main ventilator in 1203 face of Bandingliangta Mine， the CO emission from sealed area of fire leaked into mining face by passageway of air leakage such as ground cracks and gob. According to the characteristics of work face with two intake airways and one return, pressure balancing ventilation could successfully resolve the problem by setting up fans, air doors, air stopping and air regulator, and dynamic balance was realized between the face ventilation supply as well as the air pressures above and under the gob area, and thus preventing the reverse airflow, reducing the coal dust concentration. The results showed that the pressure balancing ventilation for fire prevention and control system could enhance the air pressure of work face and reduce air leakage and prevent CO in gob running over to work face.

fire prevention, pressure balancing ventilation, upper corner, two intake and one return, gob, CO gas

王海生. 兩進(jìn)一回均壓通風(fēng)防滅火技術(shù)的應(yīng)用[J].中國(guó)煤炭，2017,43(6)：116-119.WangHaisheng.Applicationofpressurebalancingventilationforfirepreventionandcontrolinworkface[J].ChinaCoal, 2017，43(6):116-119.

TD

A

王海生(1984-)，男，河南鄧州人，助理研究員，碩士，2010年畢業(yè)于河南理工大學(xué)，主要從事煤礦防滅火研究工作。