文/姜 軍

均壓通風(fēng)是采取通風(fēng)技術(shù)措施，調(diào)節(jié)漏風(fēng)風(fēng)路兩端的風(fēng)壓差，控制漏風(fēng)方向及漏風(fēng)量，從而改變采空區(qū)漏風(fēng)現(xiàn)象，使之減小或趨于零，達(dá)到抑制采空區(qū)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(duì)30507綜放工作面CO濃度、溫度、自然發(fā)火的規(guī)律特點(diǎn)，基于均壓通風(fēng)防滅火技術(shù)原理，經(jīng)過對(duì)30507綜放工作面均壓風(fēng)量進(jìn)行計(jì)算和對(duì)通風(fēng)機(jī)設(shè)備準(zhǔn)確選型，構(gòu)建了均壓通風(fēng)系統(tǒng)，均壓通風(fēng)技術(shù)應(yīng)用效果顯著，實(shí)現(xiàn)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(qū)，工作面上部為10205、10207采空區(qū)，層間距4～6m，西部為30509采空區(qū)，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(gè)工作面。采用走向長(zhǎng)壁綜采放頂煤回采工藝，工作面回采長(zhǎng)1666.94m，傾向長(zhǎng)193m，回采面積321719.4m2，由東北向西南方向推進(jìn)，西側(cè)布置回風(fēng)順槽，東側(cè)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(yùn)大巷通過輔運(yùn)聯(lián)巷相連接。30507回風(fēng)順槽與1045回風(fēng)大巷通過回風(fēng)繞道相連接，與1045輔運(yùn)大巷通過輔運(yùn)聯(lián)巷相連接。膠帶順槽、回風(fēng)順槽均鋪設(shè)三根ф12mm火災(zāi)束管，膠帶順槽布置ф114mm注氮管路三趟，回風(fēng)順槽布置ф159mm注漿管路一趟、阻化劑噴灑泵一套。

2.礦井通風(fēng)概況

塔山煤礦采用中央分列式通風(fēng)方式，主平硐和副平硐進(jìn)風(fēng)，設(shè)有回風(fēng)斜井進(jìn)行回風(fēng)，配有2臺(tái)FBCDZNO.34/2×800型礦用對(duì)旋防爆變頻軸流式通風(fēng)機(jī)，功率2×800kW，葉片角度-3°，1臺(tái)工作，1臺(tái)備用。工作方法為負(fù)壓抽出式。目前礦井總進(jìn)風(fēng)量為11778m3/min，總回風(fēng)量為11925m3/min，負(fù)壓為1050Pa。現(xiàn)全礦共有一個(gè)綜放工作面（30507綜放工作面），兩個(gè)掘進(jìn)工作面（30517膠帶順槽和30517回風(fēng)順槽）。礦井具備完整的獨(dú)立通風(fēng)系統(tǒng)，通風(fēng)設(shè)施安全可靠，各用風(fēng)點(diǎn)風(fēng)量充足、風(fēng)流穩(wěn)定，全礦井無無風(fēng)、微風(fēng)作業(yè)現(xiàn)象。

2021年經(jīng)鑒定為低瓦斯礦井。礦井絕對(duì)瓦斯涌出量為4.00m3/min，相對(duì)涌出量為0.70m3/t，采面最大絕對(duì)瓦斯涌出量為2.01m3/min，掘進(jìn)面最大絕對(duì)瓦斯涌出量為0.18m3/min。礦井無瓦斯抽放系統(tǒng)，無瓦斯異常涌出情況。經(jīng)山西省煤礦設(shè)備安全技術(shù)檢測(cè)中心鑒定，3#～5#煤層自燃傾向性為Ⅱ級(jí)，屬自燃煤層，具有煤塵爆炸性。經(jīng)河南理工大學(xué)實(shí)驗(yàn)室鑒定，3#～5#煤層最短自燃時(shí)間為56天。

二、均壓通風(fēng)技術(shù)措施

30507工作面設(shè)計(jì)采用綜采放頂煤開采工藝，開采強(qiáng)度大，放頂煤后頂板冒落下沉，上覆2#煤層采空區(qū)塌陷與30507工作面采空區(qū)通連，同時(shí)與上覆侏羅系老空區(qū)裂隙連接，形成漏風(fēng)通道，在礦井負(fù)壓作用下，使上覆老空區(qū)有害氣體涌向本工作面，影響煤礦安全生產(chǎn)。為了確保30507工作面安全回采，決定采用均壓通風(fēng)設(shè)計(jì)，治理氣體異常涌出情況。工作面回采時(shí)，當(dāng)班瓦檢員對(duì)工作面的進(jìn)回風(fēng)巷的風(fēng)量定時(shí)定點(diǎn)測(cè)量，并對(duì)工作面上隅角、頭、中、尾、下隅角及回風(fēng)流的CO2、CH4、O2、CO濃度指標(biāo)進(jìn)行測(cè)定，采取措施及時(shí)進(jìn)行治理，確保安全回采。

三、風(fēng)量計(jì)算與通風(fēng)機(jī)選型

1.風(fēng)量計(jì)算

30507采煤工作面風(fēng)量應(yīng)按瓦斯、二氧化碳涌出量、工作面現(xiàn)場(chǎng)氣象條件、風(fēng)速及風(fēng)量，根據(jù)工作面最多人數(shù)進(jìn)行計(jì)算，取最大值用風(fēng)速驗(yàn)算。

（1）按現(xiàn)場(chǎng)氣象條件計(jì)算。

式中：

Qcf—采煤工作面實(shí)際需要風(fēng)量，m3/min；

Vcf—30507采煤工作面適宜風(fēng)速，取1.0m/s（見表1）；

表1 采煤工作面空氣溫度與風(fēng)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(fēng)量調(diào)整系數(shù)，取1.2（見表2）；

表2 采煤工作面采高風(fēng)量調(diào)整系數(shù)

Kcl—30507采煤工作面長(zhǎng)度風(fēng)量調(diào)整系數(shù)，取1.2（見表3）。

表3 采煤工作面長(zhǎng)度風(fēng)量調(diào)整系數(shù)

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(jì)算。

式中：

Qcf—采煤工作面實(shí)際需要風(fēng)量，m3/min；

qcg—回采最大瓦斯絕對(duì)涌出量，取2.01m3/min；

Kcz—采煤工作面瓦斯涌出量不均衡系數(shù)，取2.5；

125—按采煤工作面回風(fēng)流中瓦斯?jié)舛炔粦?yīng)超過0.8%的換算系數(shù)。

（3）按工作面人員數(shù)量計(jì)算。

式中：

Q采—采煤工作面需要風(fēng)量，m3/min；

4—每人每分鐘供給的最低風(fēng)量；

N采—根據(jù)《煤礦井下單班作業(yè)人數(shù)限員規(guī)定（試行）》規(guī)定，工作面同時(shí)工作的最多人數(shù)，取30人。

（4）按CO2涌出量計(jì)算。

式中：

Qcc—2021年度瓦斯等級(jí)鑒定綜采工作面回風(fēng)巷風(fēng)流平均二氧化碳絕對(duì)涌出量為2.16m3/min，故取2.16m3/min。

（5）煤礦用防爆柴油動(dòng)力裝置所需風(fēng)量。

使用煤礦用防爆柴油動(dòng)力無軌膠輪運(yùn)輸車進(jìn)行車輛行駛巷道供風(fēng)量計(jì)算，同時(shí)還應(yīng)當(dāng)設(shè)定最多運(yùn)輸車輛數(shù)增加巷道配風(fēng)量，配風(fēng)量不小于4m3/min。

式中：

Qdl—使用煤礦用防爆型柴油動(dòng)力裝置機(jī)車巷道需風(fēng)量，m3/min；

Ndl—該地點(diǎn)煤礦用無軌運(yùn)輸車臺(tái)數(shù)，取1臺(tái)；

Pdl—該地點(diǎn)煤礦用無軌運(yùn)輸車功率，取110kW；

4—每千瓦每分鐘供給的最低風(fēng)量，m3/min。

kdl—配風(fēng)系數(shù)，該區(qū)域使用1臺(tái)煤礦用無軌運(yùn)輸車運(yùn)輸，Kdl設(shè)為1。該區(qū)域使用2臺(tái)煤礦用無軌運(yùn)輸車運(yùn)輸，Kdl設(shè)為0.75；該區(qū)域使用3臺(tái)或以上煤礦用無軌運(yùn)輸車運(yùn)輸，Kdl設(shè)為0.5。

上述計(jì)算最大值為1495m3/min，根據(jù)《煤礦礦井風(fēng)量計(jì)算方法》（MT/T634-2019）要求，行駛車輛巷道的供風(fēng)量應(yīng)當(dāng)按同時(shí)運(yùn)行的最多車輛增加巷道配風(fēng)量，因此，30507工作面行使車輛不得超過3輛車。

（6）按風(fēng)速進(jìn)行計(jì)算。

①計(jì)算最小風(fēng)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(shí)際采高，取3.8m；

②驗(yàn)算最大風(fēng)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(shí)際采高，取3.8m；

經(jīng)驗(yàn)算，262.5m3/min≤Q采≤3688.8m3/min，風(fēng)量合理。根據(jù)以上計(jì)算，確定30507綜放工作面實(shí)際需風(fēng)量為：1495m3/min。

2．均壓風(fēng)機(jī)選型

30507工作面配風(fēng)量為1495m3/min，考慮均壓設(shè)施巷道調(diào)節(jié)設(shè)施最大漏風(fēng)300m3/min，膠帶順槽均壓風(fēng)門最大漏風(fēng)800m3/min，累計(jì)最大漏風(fēng)量1100m3/min，均壓風(fēng)機(jī)吸風(fēng)量必須大于2600m3/min，所以方案選用8臺(tái)FBDNO.8.0/2×75kW對(duì)旋軸流式風(fēng)機(jī)并聯(lián)運(yùn)行，單臺(tái)風(fēng)機(jī)吸風(fēng)量為1010m3/min，效率為90%，理論供風(fēng)能力為3636m3/min，能夠滿足通風(fēng)要求。工作面均壓系統(tǒng)啟動(dòng)后，預(yù)計(jì)進(jìn)風(fēng)順槽風(fēng)量在2200～2300m3/min，回風(fēng)風(fēng)量在2300～2400m3/min左右。

四、均壓通風(fēng)設(shè)施安裝

1.通風(fēng)機(jī)及風(fēng)門安裝

在30507工作面均壓硐室內(nèi)距巷口30m處，施工一道600mm厚調(diào)節(jié)設(shè)施，并埋設(shè)4趟Φ1000mm的硬質(zhì)風(fēng)筒，硬質(zhì)風(fēng)筒穿過調(diào)節(jié)設(shè)施。在均壓硐室內(nèi)安裝8臺(tái)FBDNO.8.0/2×75kW對(duì)旋軸流式局部通風(fēng)機(jī)，3主5備，使用風(fēng)筒分流器與調(diào)節(jié)設(shè)施的軟質(zhì)風(fēng)筒連接，用于為工作面均壓通風(fēng)系統(tǒng)供風(fēng)。在30507膠帶順槽均壓硐室與回風(fēng)繞道之間構(gòu)筑3道均壓風(fēng)門，規(guī)格尺寸為2.8×2.8m，間距為12m；在回風(fēng)順槽停采線以南安裝3道均壓調(diào)節(jié)風(fēng)門，規(guī)格尺寸為4.3×3.3m，間距為15m。將30507膠帶順槽巷內(nèi)3道均壓風(fēng)門跨皮帶處安裝擋風(fēng)裝置，并將所有風(fēng)門墻體側(cè)幫的管線、排水溝、電纜孔等漏風(fēng)處進(jìn)行嚴(yán)密封堵。在30507膠帶順槽、30507回風(fēng)順槽、30507回風(fēng)順槽聯(lián)巷自動(dòng)風(fēng)門外安裝壓力傳感器及U型水柱壓差計(jì)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)校對(duì)均壓風(fēng)門內(nèi)外壓差。

2.報(bào)警傳感器安裝

在30507工作面上隅角及回風(fēng)流安設(shè)CH4傳感器，所有CH4傳感器的報(bào)警值均設(shè)置為≥0.8%，上隅角、工作面CH4傳感器的斷電值為≥1.2%，復(fù)電值全部為＜0.8%，斷電范圍為30507工作面的進(jìn)、回風(fēng)巷道內(nèi)所有非本質(zhì)安全型電氣設(shè)施設(shè)備。在30507工作面安裝一臺(tái)O2傳感器，O2傳感器報(bào)警值為≤18.5%。在30507工作面上隅角、工作面各安裝一臺(tái)CO傳感器，報(bào)警值均為≥24PPM。在30507工作面進(jìn)、回風(fēng)順槽測(cè)風(fēng)站安裝風(fēng)速傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)工作面風(fēng)速及風(fēng)量。在均壓硐室內(nèi)，工作面頭、中、尾、設(shè)備列車操作臺(tái)以及回風(fēng)巷間隔200m處安裝一臺(tái)風(fēng)機(jī)開停聲光語音報(bào)警裝置，實(shí)現(xiàn)與8臺(tái)均壓風(fēng)機(jī)全部連鎖。

3.水柱壓差計(jì)安設(shè)

工作面實(shí)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(qū)施工鉆孔，通風(fēng)管理單位利用該鉆孔測(cè)定上覆采空區(qū)風(fēng)壓差，在鉆孔區(qū)域安設(shè)水柱壓差計(jì)測(cè)壓，同時(shí)觀測(cè)上覆采空區(qū)氣體變化和上下層之間的壓差，并對(duì)鉆孔內(nèi)的氣體取樣分析，查明上覆采空區(qū)內(nèi)的氣體狀況，為30507工作面調(diào)壓提供依據(jù)。

五、結(jié)語

塔山煤礦采用均壓通風(fēng)設(shè)計(jì)，保證了30507工作面安全回采。

（1）30507工作面進(jìn)、回風(fēng)順槽內(nèi)通過向上覆采空區(qū)鉆孔測(cè)壓觀測(cè)上下層的壓差信息，保證經(jīng)過調(diào)壓后30507工作面與上覆采空區(qū)上下層壓差平衡，通過計(jì)算得出確定30507工作面進(jìn)風(fēng)不低于1495m3/min。

（2）30507后退式回采工作面，通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)壓不同，影響采空區(qū)空氣流動(dòng)，通過安裝8臺(tái)FBDNO.8.0/2×75kW對(duì)旋軸流式局部通風(fēng)機(jī)，3主5備，用于為工作面均壓通風(fēng)系統(tǒng)供風(fēng)，確保風(fēng)壓平衡。

（3）加強(qiáng)工作面采空區(qū)防滅火監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)采空區(qū)出現(xiàn)CO氣體持續(xù)上升或乙烯、乙炔等自然發(fā)火標(biāo)志性氣體，采取措施及時(shí)進(jìn)行治理，確保安全回采。