呂鵬飛，林 看，王少珂

(天地(榆林)開采工程技術(shù)有限公司，陜西 榆林 719000)

0 引言

均壓通風(fēng)技術(shù)是利用通風(fēng)設(shè)施、風(fēng)機、調(diào)壓設(shè)施和巷道等手段，通過改變某一區(qū)域的空氣壓力分布，來改變漏風(fēng)方向或減少漏風(fēng)的通風(fēng)方法。針對神南礦區(qū)的淺埋、多煤層、厚煤層大采高工作面開采過程中產(chǎn)生的裂縫直達地表，造成采空區(qū)和地面導(dǎo)通，由于煤層氧化等因素，導(dǎo)致礦區(qū)內(nèi)存在面積較大的低氧區(qū)，在通風(fēng)負壓作用下進入工作面，造成缺氧等問題，對礦井的安全生產(chǎn)造成很大的威脅。因此，加強完善治理隅角缺氧技術(shù)問題至關(guān)重要。

1 概況

神南某礦批準可采煤層5層，煤層結(jié)構(gòu)簡單，礦井采用斜井多水平開拓方式。設(shè)計生產(chǎn)能力1.5 Mt/a，走向長壁綜合機械化一次采全高采煤法，全部垮落法管理頂部。礦井通風(fēng)方式為中央并列式，通風(fēng)方法為機械抽出式。礦井屬低瓦斯礦井，煤塵具有爆炸性，屬Ⅰ類易自燃煤層。該礦4-3號煤層開采的24307工作面，其上部17 m垂高為4-2號煤層老采空區(qū)，57 m垂高為3-1號煤層老采空區(qū)。24307工作面北部為24309工作面(未回采)，南部為24305工作面采空區(qū)，西部為大巷，東部為礦界煤柱。24307工作面傾向長為200 m，走向長1 164 m，煤層厚度1.3～1.4 m，傾角為0°～1°，煤層穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)簡單。24307 工作面采用雙巷布置，一進一回“U”型通風(fēng)，即主運順槽進風(fēng)，回風(fēng)順槽回風(fēng)，如圖1所示。

圖1 24307工作面通風(fēng)系統(tǒng)示意Fig.1 Ventilation system of 24307 working face

2 原因分析

2021年1月14日工作面推至760 m處，檢查發(fā)現(xiàn)24307回風(fēng)隅角至工作面運輸機機尾氧氣含量低于18%，立即采取兩順隅角封堵、設(shè)置導(dǎo)風(fēng)簾、增大工作面風(fēng)量(562 m3/min調(diào)整到850 m3/min)。采取措施后，回風(fēng)隅角氧氣很快升高到18%以上，但1 d后(1月15日后)，回風(fēng)隅角氧氣含量下降至14%左右，制約工作面回采安全。

分析認為4-3號煤層開采的24307工作面，距4-2號煤層采空區(qū)僅僅17 m，距3-1號煤層采空區(qū)57 m。4-2號煤層和3-1號煤層采空區(qū)里有大量低氧氣體。24307工作面開采后，在煤層埋深淺的區(qū)域冒落、裂隙兩帶存在導(dǎo)通地表。在井下負壓的作用下，形成了地表→3-1號煤層采空區(qū)→4-2號煤層采空區(qū)→24307工作面的垂直漏風(fēng)通道，使采空區(qū)大量低氧氣體下泄，導(dǎo)致24307工作面回風(fēng)隅角氧氣濃度低于18%。這是造成工作面上隅角缺氧的重要原因。

3 均壓通風(fēng)技術(shù)的方案

鑒于以上原因，為防止上部采空區(qū)低氧氣體下泄，決定采用均壓通風(fēng)技術(shù)治理工作面回風(fēng)隅角缺氧問題。

3.1 均壓風(fēng)機選型

均壓風(fēng)機的選擇主要根據(jù)均壓工作面所需風(fēng)量和風(fēng)壓來選擇。24307工作面在實施負壓通風(fēng)時工作面風(fēng)量為509 m3/min，工作面進、回風(fēng)順槽和工作面的總長度為1 000 m，其通風(fēng)阻力為900 Pa，因此選取的均壓風(fēng)機的總風(fēng)量必須大于509 m3/min，風(fēng)壓大于900 Pa。由于在實施均壓通風(fēng)時，有30%左右的風(fēng)量要返回進風(fēng)風(fēng)門，只有70%的有效風(fēng)量進入工作面，因此均壓風(fēng)機的實際風(fēng)量應(yīng)為730 m3/min，根據(jù)風(fēng)量和風(fēng)壓需求，選取2臺BDYNO7.1型對旋式局部通風(fēng)機，額定風(fēng)量為500～750 m3/min，風(fēng)壓為900～6 300 Pa，功率為2×45 kW的對旋式局部通風(fēng)機，且為雙風(fēng)機雙電源。

3.2 均壓通風(fēng)方法

24307工作面實施均壓通風(fēng)的方法如圖2所示：在工作面的主運順槽進風(fēng)口處BDYNO7.1型對旋式局部通風(fēng)機，φ800 mm風(fēng)筒聯(lián)接均壓風(fēng)機，穿過兩道均壓風(fēng)門后再延長200 m，這樣可以減少風(fēng)筒風(fēng)流返流到均壓風(fēng)門外。在回風(fēng)順槽設(shè)置2道調(diào)壓風(fēng)門，在調(diào)壓風(fēng)門上設(shè)調(diào)節(jié)風(fēng)窗和水柱計，也可設(shè)置負壓傳感器。

圖2 24307工作面均壓通風(fēng)系統(tǒng)示意Fig.2 Pressure equalizing ventilation system of 24307 working face

根據(jù)經(jīng)驗，工作面比地表的壓力要低150～300 Pa，所以將工作面的壓力提高150～300 Pa。工作面回順風(fēng)流為509 m3/min左右，風(fēng)窗面積的調(diào)節(jié)達到既要使地表少向采空區(qū)漏風(fēng)，又要使局部通風(fēng)機風(fēng)流少流向采空區(qū)，還必須使工作面上隅角微微向外出風(fēng)，以便掌握采空區(qū)內(nèi)氣體狀況。均壓區(qū)內(nèi)所有風(fēng)門均向里開，以便適應(yīng)均壓風(fēng)流的風(fēng)壓。為保持均壓，在均壓系統(tǒng)中通向外部的聯(lián)絡(luò)巷道需全部構(gòu)筑密閉。

3.3 均壓壓力設(shè)置

為保持工作面壓力與上部4-2號煤層采空區(qū)的壓力平衡，在工作面主運順槽向上部的4-2號煤層采空區(qū)打鉆孔1個，在鉆孔中設(shè)置水柱計。

工作面均壓壓力設(shè)置原則為：即要將上部有害氣體壓入上部采空區(qū)，又要使上隅角氣體輕微向外出氣，便于掌握本層采空區(qū)的氣體濃度。具體為：回風(fēng)隅角氧濃度大于18%，并能監(jiān)測到少量的CO2氣體為準，根據(jù)經(jīng)驗，一般為150～300 Pa。

3.4 均壓系統(tǒng)運行注意事項

3.4.1 系統(tǒng)啟動前準備

當確定開啟均壓系統(tǒng)時，必須將24307工作面及其進回風(fēng)巷內(nèi)全部非本質(zhì)安全型電氣設(shè)備開關(guān)打至零位，并撤出工作面及兩巷所有人員。

3.4.2 系統(tǒng)調(diào)試注意事項

開啟均壓通風(fēng)機后，先關(guān)閉回風(fēng)巷均壓風(fēng)門，后關(guān)閉進風(fēng)巷均壓調(diào)節(jié)風(fēng)門，逐步調(diào)整通風(fēng)系統(tǒng)。

密切關(guān)注并調(diào)整氣體參數(shù)：要密切關(guān)注工作面氣體參數(shù)變化，不斷調(diào)整均壓調(diào)節(jié)風(fēng)門，確保工作面氣體正常與通風(fēng)系統(tǒng)穩(wěn)定。調(diào)整的最終結(jié)果為：24307工作面主運順槽風(fēng)量保持不低于設(shè)計風(fēng)量(509 m3/min)，同時進、回風(fēng)順槽均壓風(fēng)門內(nèi)外的壓差均保持在150～300 Pa，工作面與鄰近采空區(qū)壓能基本平衡。

測試運行并限制人員進入：啟動時，所有人員不得進入均壓區(qū)域。均壓系統(tǒng)試運行8 h以上并穩(wěn)定后，瓦檢員進入24307工作面檢查回風(fēng)隅角、工作面及回風(fēng)流氣體情況，確定CO<24×10-6、CO2<1.5%，O2>18%后，方可允許其他人員進入工作面作業(yè)。

3.4.3 系統(tǒng)故障處理

當均壓工作面主風(fēng)機停運、備用風(fēng)機開啟或均壓工作面主、備風(fēng)機全部因停電停止運轉(zhuǎn)以及均壓風(fēng)門受到破壞造成工作面泄壓，以上人員應(yīng)采取以下措施。

均壓工作面主風(fēng)機停運、備用風(fēng)機開啟：①工作面人員發(fā)現(xiàn)風(fēng)機運轉(zhuǎn)不正常時，安全員、瓦檢員及綜采隊跟班領(lǐng)導(dǎo)必須立即將工作面、進風(fēng)順槽及回風(fēng)順槽超前支護20 m范圍內(nèi)所有人員沿進風(fēng)順槽撤離到進風(fēng)巷新鮮風(fēng)流中，同時負責(zé)將回風(fēng)順槽超前支護20 m范圍外及在回風(fēng)流作業(yè)的所有人員沿回風(fēng)順槽撤到新鮮風(fēng)流中。②工作面人員全部撤出后，由瓦檢員、安全員和跟班領(lǐng)導(dǎo)核對人數(shù)，并在工作面運順、回順口設(shè)警攔人，禁止任何人員進入，向礦調(diào)度匯報。等待查明原因后，主、備風(fēng)機全部恢復(fù)正常，方可恢復(fù)正常生產(chǎn)。

均壓工作面主、備風(fēng)機全部因停電停止運轉(zhuǎn)：①工作面人員發(fā)現(xiàn)風(fēng)機停止運轉(zhuǎn)后，安全員、瓦檢員及綜采隊跟班領(lǐng)導(dǎo)立即將工作面、進風(fēng)順槽及回風(fēng)順槽超前支護20 m范圍內(nèi)所有人員沿進風(fēng)順槽撤離到巷道新鮮風(fēng)流中，同時負責(zé)將回風(fēng)順槽超前支護20 m范圍外及在回風(fēng)流作業(yè)所有人員沿回風(fēng)順槽撤到巷道新鮮風(fēng)流中。②看風(fēng)機人員立即打開均壓風(fēng)門，然后通知回順巷看護風(fēng)門人員，看護風(fēng)門人員在瓦檢員、通風(fēng)工的配合下根據(jù)現(xiàn)場實測風(fēng)量和氣體情況來決定打開均壓調(diào)節(jié)風(fēng)門大小，形成全負壓通風(fēng)系統(tǒng)。③工作面人員全部撤出后，由瓦檢員、安監(jiān)員和跟班領(lǐng)導(dǎo)核對人數(shù)，并在工作面巷口設(shè)警攔人，禁止任何人員進入，向礦調(diào)度匯報。

均壓風(fēng)門受到破壞造成工作面泄壓：①看風(fēng)門人員應(yīng)立即通知工作面人員，工作面人員接到報警后，安全員、瓦檢員及綜采隊跟班領(lǐng)導(dǎo)立即將工作面、進風(fēng)順槽及回風(fēng)順槽超前支護20 m范圍內(nèi)所有人員沿進風(fēng)順槽撤離到巷道新鮮風(fēng)流中，同時負責(zé)將回風(fēng)順槽超前支護20 m范圍外及在回風(fēng)流作業(yè)所有人員沿回風(fēng)順槽撤到巷道風(fēng)流中。并切斷均壓區(qū)域內(nèi)所有非本質(zhì)安全型電源。②看風(fēng)機人員立即打開均壓風(fēng)門，然后通知回順巷看護風(fēng)門人員，看護風(fēng)門人員在瓦檢員、通風(fēng)工配合下根據(jù)現(xiàn)場實測風(fēng)量和氣體情況決定打開均壓調(diào)節(jié)風(fēng)門大小，形成全負壓通風(fēng)系統(tǒng)。③由瓦檢員、安全員和跟班領(lǐng)導(dǎo)清點人數(shù)并向礦調(diào)度匯報，值班領(lǐng)導(dǎo)組織人員處理。同時設(shè)置警戒嚴禁人員進入工作面。④通風(fēng)人員接到井下匯報時及時安排風(fēng)門維修人員對均壓風(fēng)門進行修復(fù)，修復(fù)風(fēng)門前由瓦檢員對均壓風(fēng)門前的各種氣體進行檢測，各種氣體都在《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定的范圍內(nèi)，風(fēng)門維修人員方可修復(fù)風(fēng)門。

3.4.4 作業(yè)人員崗位職責(zé)

為了保證均壓系統(tǒng)穩(wěn)定，需要每班配備專職瓦檢員、安全員、均壓風(fēng)機司機、均壓調(diào)節(jié)風(fēng)門看護工、電鉗工、通風(fēng)工各1名，具體崗位職責(zé)如下。

瓦檢員：對工作面、回風(fēng)隅角、回風(fēng)流中瓦斯、一氧化碳、二氧化碳、氧氣、溫度等每班檢測3次。

安全員：全面負責(zé)安全生產(chǎn)監(jiān)督、監(jiān)管工作。

均壓風(fēng)機司機：看護均壓風(fēng)機和運輸順槽均壓風(fēng)門，并觀察“U”型壓差計讀數(shù)，做好每班3次風(fēng)機運行記錄及一次風(fēng)門完好情況記錄。

均壓調(diào)節(jié)風(fēng)門看護工：看護回風(fēng)順槽2道均壓調(diào)節(jié)風(fēng)門，并觀察U型壓差計讀數(shù)，做好一次風(fēng)門完好情況記錄。

通風(fēng)工：對工作面有害氣體、壓力、風(fēng)量情況每班監(jiān)測3次，并做好記錄臺賬；有異常情況時要及時通知礦調(diào)度。

電鉗工：負責(zé)每日均壓風(fēng)機維護。

3.4.5 其他重要事項

嚴禁同時打開兩道風(fēng)門。

4 均壓系統(tǒng)運行效果分析

均壓通風(fēng)技術(shù)實施前后工作面各項氣體參數(shù)，見表1、2。從表1和表2可以看出：采用均壓通風(fēng)技術(shù)后工作面回風(fēng)隅角CO、CO2氣體濃度明顯下降，甚至CO氣體降為0；工作面回風(fēng)隅角O2濃度>18%；主運順槽、工作面、回風(fēng)順槽壓力明顯上升；主運順槽、工作面、回風(fēng)順槽風(fēng)量明顯減少，均壓前回風(fēng)順槽比主運順槽多105 m3/min，均壓后回風(fēng)順槽比主運順槽少25 m3/min。通過瓦檢員、測風(fēng)員連續(xù)監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)均壓通風(fēng)技術(shù)實施后，各項參數(shù)值基本保持恒定。通過采用均壓通風(fēng)技術(shù)進行治理，對采空區(qū)中的有毒有害氣體溢出現(xiàn)象能夠起到抑制作用，從而提高上隅角氧氣濃度，使低氧問題得到解決，實現(xiàn)了安全生產(chǎn)。

表1 采用均壓通風(fēng)技術(shù)前工作面氣體參數(shù)Table 1 Gas parameters of working face before using pressure equalizing ventilation technology

表2 采用均壓通風(fēng)技術(shù)后工作面氣體參數(shù)Table 2 Gas parameters of working face after using pressure equalizing ventilation technology

5 結(jié)語

因礦井為多煤層開采，井田周邊存在小窯采空區(qū)，采空區(qū)條件復(fù)雜、技術(shù)管理準度大，礦井始終堅持“預(yù)防為主，防治結(jié)合”的方針，加強氣體人工+在線監(jiān)測手段，超前分析評估。根據(jù)礦井低氧原因及礦井實際情況，因地制宜應(yīng)用地面裂隙回填、密閉漏風(fēng)處理、均壓通風(fēng)、加快推進速度等技術(shù)手段和方法，取得了良好的隅角低氧治理效果，保證了礦井的安全生產(chǎn)，為治理隅角缺氧技術(shù)積累了經(jīng)驗。