均壓通風技術在解決孤島工作面漏風方面的應用

文/張海峰

“以風定產”是礦井安全生產所遵循的一條重要原則，良好的通風條件是保證綜采工作面安全生產的前提條件和基礎。神華神東煤炭集團的礦井都具有煤層埋藏淺的特點，地表山巒起伏、溝壑縱橫，工作面回采過程中往往會出現井下與地表串通的現象，地表塌陷形成的裂隙造成漏風，使井下通風狀況出現異常，嚴重影響到工作面的正常生產。僅僅采用地表回填的方法往往達不到預期的效果，尤其是沿空留巷孤島工作面，左右相鄰采空區通過柔模砼墻漏風，光靠回填很難解決漏風問題，工作面的安全生產受到制約。為此，神東煤炭集團榆家梁煤礦在52402孤島工作面中采用均壓通風技術，取得了較好的效果,確保了工作面的安全生產。

一、概述

神華神東榆家梁煤礦位于陜北侏羅紀煤田神府礦區新民開采區南部，地處神木、府谷兩縣交界處黃羊城溝南側的神木縣境內，東距府谷縣城58km，西南距神木縣城31km，井田東西長約8km，南北寬約7km，井田面積56.34km2。礦井煤層埋藏較淺，處于N2帶，瓦斯含量極低，為低瓦斯礦井。煤炭自燃傾向性為Ⅱ類自燃，發火期為3～6個月，煤塵具有強爆炸性。礦井通風系統采用抽出式通風，通風方法為機械式通風，通風方式為區域式通風，綜采工作面通風方式普遍采用“U”型通風。

榆家梁煤礦52402綜采工作面進風巷為沿空掘巷形成的巷道，回風巷為沿空留巷形成的巷道，工作面兩側均為采空區，使該工作面變成了孤島工作面，而且進回風巷道均為當初施工的柔模砼墻，砼墻與底板、頂板以及每個柔模之間都不同程度的存在漏風現象，使得左右采空區漏風量增大，本工作面配風量較難達到作業規程所需風量，而且進風流的氧氣濃度低于《安全規程》規定的20%的要求。經過井下添堵漏風縫隙、地表機械回填等手段后都沒有解決該工作面的漏風問題。再加上該工作面上覆地表距切眼60米處在回采范圍內有一處露頭煤著火點，下距該回采工作面76米，回采時會與工作面的采空區導通，嚴重影響到該工作面的安全回采。經過礦內研討，決定使用均壓通風技術來解決該工作面的通風問題。

二、均壓通風技術

均壓通風是指采用通風技術措施，調節漏風風路兩端的風壓差，使之減小或趨于零，使漏風量降至最小的通風方法。均壓通風技術往往被用在礦井防滅火當中，但不同的地質條件給煤礦帶來不同的通風難題。傳統煤礦埋藏深、瓦斯含量大，處理瓦斯是通風的難題；新型煤礦埋藏淺、地表漏風嚴重，防止漏風是通風的難題。近些年來，神東礦區多數煤礦利用均壓通風技術解決工作面漏風問題，榆家梁煤礦52402孤島工作面的通風難題也采用了均壓通風技術進行解決。

1.柔模砼墻漏風

綜采工作面兩側的柔模砼墻漏風往往可以造成多種危害，例如將采空區的有害氣體帶出來，使上隅角的瓦斯超限或是氧氣濃度降低；由于相鄰采空區漏風造成相鄰采空區遺煤自燃；將地表火區的火源引入采空區造成本采空區著火；給采空區補充氧氣，加快采空區內遺留浮煤的自燃引起火災；造成工作面部分區域微風影響正常生產等等。榆家梁煤礦52402孤島工作面面臨上述5種危險，不解決漏風問題，工作面將無法生產。“U”型通風方式下綜采工作面漏風示意圖見圖1所示。

圖1“U”型通風方式下綜采工作面漏風示意圖

在這種情況下，進入工作面的風流分為三部分：一部分從進風順槽流入；一部分從地表裂隙經采空區流入；還有一部分從相鄰采空區經過柔模砼墻的縫隙流入。三股風流在工作面后半部分匯合共同流入回風順槽。隨著漏風量的增大，進入工作面的新鮮風流逐漸減少，有害氣體濃度逐漸增大，甚至整個工作面出現低氧情況，嚴重威脅到工人的身體健康與安全，給礦井安全生產帶來極大的隱患。

整個工作面的漏風也分為三部分：一部分從進風順槽相鄰采空區柔模砼墻的縫隙漏入工作面；一部分從地表裂隙經采空區漏入工作面；還有一部分從回風順槽相鄰采空區柔模砼墻的縫隙漏入回風流。隨著漏風量的增大，本采空區和相鄰的兩個采空區供氧量持續增加，極易引起采空區著火。

經過現場實測，52402孤島工作面進風順槽口的風量只有300m3/min，到工作面進風端時就變成了800m3/min，可知進風側柔模砼墻漏風量為500m3/min；到工作面回風端變成了1000m3/min，可知本采空區漏風量為200m3/min；到工作面回風順槽口時就達到了1700m3/min，可知回風側柔模砼墻漏風量為700m3/min。整個工作面的漏風量達到1400m3/min，且工作面風流中的氧氣濃度均在20%以下，不僅影響安全生產，而且存在極大的安全隱患。

2.工作面均壓通風

采用均壓通風技術控制采空區漏風主要是通過設置調壓裝置或調整通風系統，改變工作面空氣壓力的分布狀態，盡可能減小或消除漏風通道兩端的風壓差，從而達到減小或消除漏風的目的。采用均壓通風技術是一種效果顯著、技術含量較高的防漏風手段和措施，是一種較復雜的技術管理工作，如果控制不當，不僅達不到防漏風的效果，還可能加重漏風，造成嚴重后果。

（1）優點

①阻止了采空區的瓦斯及其他有害氣體隨著漏風流進入采煤工作面，較好地解決了采煤工作面瓦斯超限和低氧的隱患。

②使從地表裂隙進入采空區的風流量降低，抑制了采空區內遺留浮煤的自燃。

③使從相鄰采空區柔模砼墻裂隙進入本工作面的風流量降低，抑制了相鄰采空區內遺留浮煤的自燃。

④使地表著火點的供風量降低，抑制地表自燃火區的火勢，防止地表火區與井下采空區導通后地表火進入采空區及地表一氧化碳等有害氣體進入回采工作面，造成工作面著火及人員傷亡。

⑤使工作面形成正常的通風系統，改善了作業環境，保證了工作面正常回采。

由于存在以上優點，故均壓通風技術多適用于防滅火和防漏風技術領域。

（2）缺點

①當均壓系統因為風機無計劃停風或是均壓設施被損壞而失壓后，本采空區和相鄰采空區的有害氣體會迅速涌入工作面，造成工作面瓦斯及其他有害氣體超限，導致人員傷害。

②隨著工作面的回采，系統壓力會發生變化，造成工作面內外壓差增大，漏風量增加，如果不及時調整壓力或壓力調整不當，會使相鄰采空區和本采空區持續供氧，帶來火災隱患。

由于存在以上缺點，故一般情況下不建議使用均壓通風技術。

圖2“U”型通風方式下孤島工作面均壓通風示意圖

從圖2中可以看出，工作面的進風量幾乎全部是由局部通風機來提供，新鮮風流通過局部通風機流入工作面。局部通風機、密閉墻、調節窗和整個工作面共同形成一個均壓氣室，通過提高工作面的壓力來降低內外壓差，減少采空區漏風。該系統中風機的供風量必須滿足工作面的需風量，用調節風窗來調整工作面的壓力和風量，使工作面的回風量等于或接近進風量，采空區漏風通道兩端的壓差降低或接近于零。

圖352402孤島工作面的均壓通風示意圖

三、榆家梁煤礦52402孤島工作面均壓通風技術的應用

52402工作面位于榆家梁井田東南部，為52煤四盤區剩余的最后一個工作面，工作面長355.6m，推進長度為 2143m，煤層平均厚度3.8m，儲量為379萬噸，計劃回采7個月。工作面西邊為52401采空區，東邊為52403采空區，上部為采空區，工作面輔運順槽（進風）為柔模砼墻沿空掘巷，主運順槽（回風）為柔模砼墻沿空留巷，砼墻漏風嚴重。地表溝壑縱橫，在上覆地表有露頭煤火區，老頂垮落后可能會與地表導通使得一氧化碳有害氣體及火源涌入工作面。為確保工作面氧氣濃度符合規定，有害氣體不超限，風量滿足要求，地表火不進入采空區，實現安全回采，計劃對工作面采用均壓通風技術，均衡采空區內外壓差，減少漏風量。

1.實施步驟

采用風門、調節風窗、密閉、局部通風機聯合調節的方法進行均壓通風，52402孤島工作面的均壓通風示意圖如圖3所示。

具體實施步驟如下：

（1）工作面均壓采用2臺2×75KW的風機供風 （其中1臺備用），型號為 FBDNO.11.2/75，為對旋軸流式風機，供風量為1200～1800m3/min，風筒直徑為φ1000mm，在風機位置施工一道0.5m磚閉并將風機穿墻風筒與密閉縫隙封堵嚴密，防止壓力外泄，且施工風機自動切換風道。

（2）在52402輔運措施巷3-4聯巷施工3道4.2×2.8m的行車風門，在52402輔運3聯巷施工一組3.7×2.7m的行車風門，在52402運順施工3道均壓風門和調節風窗，根據進、回風的風量及工作面的壓力情況，進行調節，達到減少漏風的目的。

（3）2臺風機均安設在 52402輔運3聯巷處，預計供風量為1600m3/min左右。

（4）在均壓風機處安設監測監控裝置與調度室聯網，且安設語音報警裝置與52402孤島工作面相連，均壓風門與風機安排專人看護。

（5）均壓風機實現“三專兩閉鎖”，在風機硐室吊掛風機操作流程管理牌板，在均壓風門處吊掛系統失壓緊急處置流程牌板和專用電話一部。

所有準備工作完成后，要對均壓系統進行試運行，測量均壓參數并根據要求進行調整，只有系統各項參數達到預計的數值，系統可靠穩定了才可以進行生產。工作面的壓力不易過大，因為過大了會造成工作面的風流被壓入采空區的現象，造成反向漏風，仍然存在相鄰采空區及本采空區著火的危險。

2.應該注意的事項

為了確保52402孤島工作面均壓措施的落實，局部通風機運行可靠，需注意以下事項：

（1）均壓通風期間，前10天通風隊每天派測風員對均壓系統主要地點壓力、風量等通風參數進行測定，壓力測定地點為：工作面機頭機尾、52402輔運3-4聯巷風門內外、52402運順調節風窗內外。當工作面壓差大于30Pa時測風員負責通過調整52402運順調節風窗大小來控制工作面風量及壓差，實現壓力均衡。當系統穩定后每旬測定一次即可。

（2）均壓通風期間，由機電隊設專人對均壓風機及其開關、線路等每班派人進行維護，嚴禁隨意停轉均壓風機。每半月執行“雙風機雙電源自動切換”試驗和定期執行對設備檢修、維護工序，保留好現場測試記錄，均壓通風期間盡量減少52402工作面作業的人員，謝絕外來人員參觀。

（3）當主運轉均壓風機故障時，自動切換到備用風機，期間均壓通風范圍內必須停止工作，待故障被排除，恢復到主運轉均壓風機后方可恢復作業。

（4）井下檢修必須檢查作業地點附近20m范圍內瓦斯、CO等有毒有害氣體情況，瓦斯濃度超過0.5%時嚴禁送電，嚴禁帶電作業，消滅動態失爆。日常檢查要對均壓區域內所有電氣設備進行全面摸底排查，確保無失爆、漏電隱患。

（5）對均壓通風設施進行及時維護，防止因通風設施不可靠造成均壓系統紊亂，巷道瓦斯積聚；工作面每班安排專職瓦檢員，并現場交接班，瓦檢員每班對移變列車、工作面、回風隅角及回風巷內瓦斯濃度進行定期檢測，防止瓦斯積聚。

（6）均壓工作面中部每30架應增設氧氣、一氧化碳傳感器(或便攜式氧氣、一氧化碳檢測報警儀)，確保工作面人員作業安全；均壓風門必須安設風門傳感器和聲光報警裝置，其前后安設壓差計；在52402輔運均壓風門外、綜采隊控制臺處安裝礦用本安型顯示屏，動態顯示工作面有害氣體情況，為進入工作面人員提供直觀視覺安全警示。

（7）進入52402孤島工作面的所有作業人員都必須攜帶氧氣、甲烷、一氧化碳便攜儀。

（8）當均壓風機因故障、檢修、停電等原因無法正常供風，52402孤島工作面的人員必須及時停產，所有人員沿52402輔運撤出工作面至輔運大巷，跟班隊干要負責組織員工沿正確的路線撤離。

（9）發生風機停止運轉事故時，調度室要立即通知工作面停產，由瓦檢員、安監員、跟班隊長組織將工作面所有人員沿避災路線撤出，同時通知均壓風門崗位工將風門打開恢復負壓通風，并向相關部門和領導匯報，以便及時采取措施進行處理。

（10）當52402孤島工作面均壓設施被損壞，均壓系統失衡后，工作面跟班隊長要立即組織工作面所有人員由工作面撤到新鮮風流中，并立即匯報礦調度室，待均壓設施恢復好，系統正常后方可進入工作面。

表152402孤島工作面均壓通風前后參數對比

四、均壓通風效果分析

52402沿空留巷孤島工作面采用均壓通風技術后，通風狀況得到了明顯改善，工作面的氧氣濃度均保持在20%以上，一氧化碳未出現異常情況，回風隅角無瓦斯集聚和低氧現象，工作面視線良好，日推進度可達10米以上。均壓通風前后各項參數如表1所示。

通過表1分析可知，采用均壓通風技術后，52402孤島工作面進風和回風之差只有20m3/min，漏風量明顯減少，而在均壓通風前該工作面的進風和回風之差為1400m3/min，由此可見，均壓通風技術在榆家梁煤礦52402沿空留巷孤島工作面的應用取得了良好的效果，實踐也表明均壓通風技術解決了52402孤島工作面的通風難題。一個月內52402孤島工作面推進了300米，期間工作面及相鄰采空區未發生有害氣體異常現象，安全通過了上覆著火區。

五、結語

由榆家梁煤礦52402沿空留巷孤島工作面利用均壓通風技術解決采空區漏風的成功案例可以看出，均壓通風技術是解決孤島工作面漏風的有效方法，煤炭企業要對礦井出現的“一通三防”難題采用多種手段，以現代安全技術為基礎，以嚴格執行《煤礦安全規程》為保證，在優化通風系統的實踐活動中，進一步大膽嘗試各種方法來解決通風技術難題，尤其應根據實際把均壓防滅火技術推廣應用到解決工作面漏風、上隅角低氧、瓦斯超限治理的技術領域，建立起完善的通風系統，確保煤炭企業安全、高效生產。