李 陽

（山西焦煤霍州煤電薛虎溝煤業(yè)有限公司，山西 河津 043300）

霍州煤電集團(tuán)河津薛虎溝煤業(yè)有限責(zé)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(fēng)。礦井開采2#煤層為Ⅱ類自燃煤層，工作面漏風(fēng)[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(nèi)復(fù)采煤層工作面為數(shù)不多，結(jié)合實(shí)際情況，決定采用均壓通風(fēng)[3-6]治理回采工作面漏風(fēng)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(qū)頂板。工作面貫通后形成一進(jìn)一回“U”形全負(fù)壓通風(fēng)系統(tǒng)，通過對(duì)地面小煤窯及塌陷裂縫漏風(fēng)處及時(shí)封堵處理，并對(duì)工作面正副兩順槽全斷面噴漿堵漏后，工作面仍漏風(fēng)嚴(yán)重，進(jìn)風(fēng)順槽漏風(fēng)170 m3/min，切巷漏風(fēng)345 m3/min，回風(fēng)順槽漏風(fēng)520 m3/min。2-109工作面負(fù)壓通風(fēng)示意圖如圖1。

圖1 2-109 工作面負(fù)壓通風(fēng)示意圖

2 均壓通風(fēng)堵漏風(fēng)技術(shù)原理

在礦井主扇合理工況范圍內(nèi)，利用風(fēng)窗—風(fēng)機(jī)聯(lián)合調(diào)壓手段使均壓范圍內(nèi)的流場(chǎng)重新分布，改變回采工作面內(nèi)高、低壓區(qū)的相對(duì)位置，均衡漏風(fēng)通道兩端壓差，使漏風(fēng)通道內(nèi)氣體不再交換和流動(dòng)，外部新鮮風(fēng)流無法通過小窯巷道和采空區(qū)攜帶有毒有害氣體擴(kuò)散到工作面，從而達(dá)到封閉小窯巷道、采空區(qū)，阻止遺煤發(fā)生氧化反應(yīng)，進(jìn)而達(dá)到防滅火的目的。這是均壓堵漏風(fēng)[5]技術(shù)的主要原理。

通風(fēng)阻力定律：

根據(jù)回采工作面生產(chǎn)實(shí)際情況，減少漏風(fēng)只能使Dh →0。通過利用均壓通風(fēng)，減少漏風(fēng)通道兩端壓差，使漏風(fēng)通道兩端壓力趨于0，成為回采工作面堵漏風(fēng)最切實(shí)可行的辦法。

3 均壓通風(fēng)方案的確定[7-10]

3.1 2-109 工作面需風(fēng)量

根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》第183 條，計(jì)算2-109工作面需風(fēng)量為601 m3/min。

3.2 調(diào)壓風(fēng)機(jī)選型

（1）風(fēng)量范圍選擇

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

（2）調(diào)壓風(fēng)機(jī)風(fēng)壓范圍確定

① 工作面最大調(diào)壓值

式中：△P為漏風(fēng)通道始末測(cè)點(diǎn)風(fēng)流絕對(duì)靜壓差，Pa；Z1、Z2為始末測(cè)點(diǎn)標(biāo)高，m；ρ1-2為始末測(cè)點(diǎn)風(fēng)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(fēng)通道自然風(fēng)壓，一般最大為50～100 Pa。

各測(cè)點(diǎn)空氣密度按下式計(jì)算：

式中：P為測(cè)點(diǎn)處絕對(duì)靜壓或大氣壓力，Pa ；t為測(cè)點(diǎn)空氣溫度，℃；PS為溫度t時(shí)飽和水蒸汽的分壓，Pa；Φ為相對(duì)濕度，%。

（3）調(diào)壓風(fēng)機(jī)選型

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

3.3 測(cè)壓裝置的安設(shè)

（1）在進(jìn)、回風(fēng)側(cè)調(diào)壓風(fēng)門處外風(fēng)門墻垛上各安設(shè)1 臺(tái)U 形壓差計(jì)，用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)工作面均壓情況。

（2）壓差計(jì)的一個(gè)端口用膠管連接伸入進(jìn)、回風(fēng)巷風(fēng)流穩(wěn)定區(qū)域內(nèi)，膠管端口方向與風(fēng)流平行、逆向固定，另一個(gè)端口敞開。

（3）水柱計(jì)內(nèi)裝過濾水，兩液面高度差即為風(fēng)門內(nèi)外相對(duì)風(fēng)壓差。壓差計(jì)示值不在調(diào)壓示值范圍時(shí)，必須立即查看均壓設(shè)施的完好情況與水柱計(jì)連接管完好狀態(tài)及水柱計(jì)連接管始末端口位置是否正確。

3.4 均壓通風(fēng)設(shè)計(jì)方案

根據(jù)2-109 工作面實(shí)際情況，在綜合考慮通風(fēng)系統(tǒng)的合理性、均壓通風(fēng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性、現(xiàn)場(chǎng)可操作性、經(jīng)濟(jì)性前提下，確定選擇工作面風(fēng)窗—風(fēng)機(jī)聯(lián)合調(diào)壓方案，如圖2 所示。具體設(shè)計(jì)為：

圖2 2-109 工作面均壓通風(fēng)示意圖

（1）在2-1091 巷口5～20 m 處、2-1092 回風(fēng)聯(lián)巷5～15 m 處各安設(shè)2 道聯(lián)鎖的調(diào)壓風(fēng)門。

（2）在南翼輔運(yùn)巷Ⅲ段距2-1091 巷口20 m處安設(shè)2 臺(tái)調(diào)壓風(fēng)機(jī)，一用一備；風(fēng)筒采用10 mm×1000 mm 風(fēng)筒，總長度根據(jù)實(shí)際位置確定為50 m，風(fēng)筒出口距內(nèi)側(cè)調(diào)壓風(fēng)門不大于20 m。

4 均壓效果檢驗(yàn)分析

4.1 均壓通風(fēng)系統(tǒng)效果檢測(cè)點(diǎn)布置

根據(jù)通風(fēng)系統(tǒng)選定的測(cè)量路線和井下實(shí)際情況布置監(jiān)測(cè)點(diǎn)。在選擇監(jiān)測(cè)點(diǎn)時(shí)，應(yīng)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(shí)，選擇斷面變化較大的區(qū)域，選前方不小于巷寬3 倍、后方不小于巷寬8倍的地點(diǎn)。

（2）監(jiān)測(cè)點(diǎn)前后應(yīng)保持3 m 以內(nèi)，巷道應(yīng)有永久支護(hù)，巷道內(nèi)不得有堆積物。

（3）兩個(gè)測(cè)點(diǎn)之間的壓力差：傾斜壓差計(jì)法測(cè)量應(yīng)不小于10 Pa，氣壓表測(cè)量應(yīng)不小于20 Pa。

（4）兩個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)之間不應(yīng)有分風(fēng)點(diǎn)或匯風(fēng)點(diǎn)。

根據(jù)上述要求，均壓通風(fēng)系統(tǒng)選擇的風(fēng)速、壓強(qiáng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)分布情況如圖3。監(jiān)測(cè)點(diǎn)1 位于2-1091巷調(diào)壓風(fēng)門外風(fēng)門墻垛處，監(jiān)測(cè)點(diǎn)2 位于2-1091巷距調(diào)壓風(fēng)門120 m 處，監(jiān)測(cè)點(diǎn)3 位于2-109 工作面下隅角處，監(jiān)測(cè)點(diǎn)4 位于2-109 工作面上隅角處，監(jiān)測(cè)點(diǎn)5 位于2-1092 巷距2-1092 回風(fēng)聯(lián)巷20 m 處，監(jiān)測(cè)點(diǎn)6 位于2-1092 回風(fēng)聯(lián)巷調(diào)壓風(fēng)門外風(fēng)門墻垛處。

圖3 均壓通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)速、壓強(qiáng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)

4.2 測(cè)量數(shù)據(jù)分析

采用干濕球溫度計(jì)分別計(jì)量測(cè)點(diǎn)兩端風(fēng)流的干濕溫度，用空盒氣壓計(jì)測(cè)量兩端絕對(duì)壓力。將所測(cè)干濕球溫度、大氣壓力、風(fēng)速、傾斜壓差計(jì)讀數(shù)分別記錄，根據(jù)所測(cè)風(fēng)速及巷道斷面積，2-109 工作面風(fēng)量分布如圖4。采用壓差計(jì)法測(cè)量沿程壓差數(shù)據(jù)，根據(jù)關(guān)鍵測(cè)點(diǎn)干濕溫度，結(jié)合式（4）計(jì)算得關(guān)鍵測(cè)點(diǎn)空氣密度值及動(dòng)壓值，根據(jù)上述數(shù)據(jù)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(fēng)量分布圖

圖5 2-109 回采工作面壓力坡度線

根據(jù)上述數(shù)據(jù)可以看出，采取均壓措施前，2-109工作面2-1091 巷漏風(fēng)170 m3/min，切巷漏風(fēng)345 m3/min，2-1092 巷漏風(fēng)520 m3/min。工作面采取風(fēng)機(jī)-風(fēng)窗聯(lián)合均壓技術(shù)后，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，2-1091 巷漏風(fēng)量33 m3/min，切巷漏風(fēng)量由345 m3/min 減少至87 m3/min，2-1092 巷漏風(fēng)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(tǒng)前相比，工作面漏風(fēng)情況得到明顯改善，極大地減少了小窯巷道、采空區(qū)向本工作面漏風(fēng)量，保證了工作面的安全、高效回采。

5 結(jié)語

運(yùn)用回采工作面均壓通風(fēng)技術(shù)解決了薛虎溝礦2#淺埋藏復(fù)采煤層回采工作面的漏風(fēng)問題，通過理論研究、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐和檢驗(yàn)，確定了用于堵漏風(fēng)的均壓通風(fēng)方法，并在實(shí)際應(yīng)用過程中，隨著工作面的不斷推進(jìn)，利用調(diào)壓風(fēng)窗調(diào)節(jié)工作面進(jìn)回風(fēng)巷兩端的風(fēng)壓差，進(jìn)而減小工作面外部漏風(fēng)量。此項(xiàng)技術(shù)的研究應(yīng)用不僅能夠解決回采工作面漏風(fēng)問題，還能夠解決因漏風(fēng)帶來的通風(fēng)系統(tǒng)不穩(wěn)定及防滅火等問題，保證礦井通風(fēng)安全，也為類似礦井解決回采工作面堵漏風(fēng)問題提供借鑒。