均壓技術治理綜采工作面回風隅角低氧問題

張麗芳

(霍州煤電集團公司 安全管理部， 山西 霍州 031400)

霍州煤電集團李雅莊煤礦屬高瓦斯礦井，為多煤層開采，開采煤層屬I類易自燃煤層。井下采空區條件復雜，管理難度大，采空區遺煤易發生低溫氧化現象，進而造成采空區內壓力逐漸上升，采空區內低氧氣體通過煤柱及密閉裂隙形成的垂直漏風通道涌入到下層工作面回風隅角，造成回風隅角氧氣濃度下降危害礦井安全生產。均壓通風技術可利用調壓風機、調節風門、風窗等通風設施調整工作面某區域的空氣壓力分布，進而改變漏風方向或減少漏風，實現對工作面回風隅角低氧問題的治理[1-5]. 本文以李雅莊煤礦2-607工作面為例，采用均壓通風技術對工作面回風隅角低氧問題進行治理。

1 2-607工作面通風概況

李雅莊煤2-607工作面北部為2-609工作面，南部為2-605采空區，西部為大巷。2-607工作面雙巷布置，采用一進一回的“U型”通風方式，2-607主運順槽為專用進風巷，2-607回風順槽為專用回風巷，2-607工作面布置示意圖見圖1.

2020年12月28日，當2-607工作面推至525 m處時，檢測到工作面回風隅角至工作面運輸機機尾區域氧氣濃度含量低于18%，存在安全隱患。立即采取針對性的解決措施，在2-607工作面上、下隅角安設擋風簾，同時在靠近回風隅角4臺支架處安設導風簾。采取措施后，工作面回風隅角氧氣濃度含量隨即上升至18%以上，但在1天后再次檢測下降至13%左右，嚴重危害工作面的回采安全，可見采取的治理對策效果不佳。

圖1 2-607工作面通風系統示意圖

2 回風隅角低氧原因分析

2-605工作面采空區距離2-607工作面18 m，1-2煤層采空區距離2-607工作面62 m. 而2-605工作面采空區和1-2煤層采空區盡管采取了密閉、地表裂隙封堵等措施，但采空區內從圍巖及遺煤仍不斷釋放出瓦斯，同時遺煤發生的低溫氧化現象，不但消耗氧氣，也生成一氧化碳、二氧化碳等其他氣體，這就造成在采空區空間內存在大量的低氧氣體。2-607工作面回采開始后，隨著頂板垮落，上覆巖層被破壞，裂隙不斷發育，且礦井地應力明顯，上隅角處兩側煤柱回縮較大，底板有多處起鼓，在工作面整體負壓作用下，2-605工作面采空區和1-2煤層采空區與2-607工作面產生壓差，采空區內低氧氣體沿裂隙形成的漏風通道向2-607工作面上隅角積聚，導致工作面上隅角氧氣濃度降低。

3 均壓通風技術方案的設計

為有效治理2-607工作面回風隅角氧氣濃度偏低的問題，設計采用均壓通風技術方案，通過提高2-607工作面絕對壓力，減少采空區漏風，防止2-605工作面采空區和上部1-2煤層采空區低氧氣體下泄，達到提高2-607工作面回風隅角氧氣濃度的目的。

減少上部采空區氣體對生產工作面回采影響，需降低2-607工作面與其臨近采空區的氣體壓力差值，為此在2-607工作面主運順槽向臨近2-605采空區施工鉆孔1個，布置“U”型壓差計，測定上部采空區與回采工作面壓差。通過測定發現，將2-607工作面壓力提高180～280 Pa時，可有效控制工作面上部的有毒有害氣體流入到2-607采空區。因此需對2-607工作面布置調壓設施，提高工作面氣壓，確保均壓通風方案順利實施。

3.1 均壓風機選型

根據煤礦通風能力核定標準AQ1056-2008確定2-607工作面采用系統負壓通風時工作面風量為730 m3/min，2-607工作面進、回風順槽和工作面的總長度為1 000 m，計算其通風阻力為900 Pa. 因此，均壓風機必須滿足實際風量大于730 m3/min，風壓應大于900 Pa的要求，確定選擇兩臺FBDNo7.1#2×45 kW礦用隔爆型對旋壓入式局部通風機，配用功率2×45 kW，風量500～750 m3/min，全壓900～6 630 Pa，轉速2 950 r/min，額定電壓380/660/1 140 V，額定電流67.9/39.1/22.6，對旋型最高全壓效率為85%.

3.2 均壓通風方法

2-607工作面實施均壓通風技術方法見圖2，在2-607工作面主運順槽和回風順槽分別設置一組(兩道)調壓風門，包括安設“U”型壓差計和調節風窗等設施，用來監測與調控工作面風壓；在2-607工作面主運順槽調壓風門外安設兩臺FBDNo7.1#2×45 kW礦用隔爆型對旋壓入式局部通風機，d800 mm風筒聯接均壓風機，穿過兩道均壓風門后再延長200 m，通過風門墻體向2-607工作面送風，該設計可有效減少風筒風流返流到均壓風門外。

圖2 2-607工作面均壓通風系統示意圖

通過上述通風設備的安裝和設施的構建，2-607工作面已處于一個相對封閉的空間，通過均壓風機向封閉區域供風，通過2-607主運風槽和2-607回風順槽上調壓風門的調節風窗實現對工作面壓差的調節，進而可以提高2-607工作面的壓力差，防止2-605工作面采空區和上部1-2煤層采空區低氧氣體下泄至2-607工作面回風隅角。

3.3 均壓系統運行時的安全技術措施

3.3.1 均壓系統啟動前準備

均壓系統啟動前，須由通風區提前通知周邊礦井，告知均壓面具體位置及啟動時間，方便其做好應急準備。對于2-607工作面，需要撤出工作面及兩巷所有人員，并將工作面及兩巷內全部非本質安全型電氣設備開關打至零位。

3.3.2 系統調試注意事項

開啟均壓通風機后，需要先關閉回風巷均壓風門，后關閉進風巷均壓調節風門，并逐步調整通風系統。

1) 密切關注并調整氣體參數。均壓通風機啟動后要密切關注2-607工作面氣體參數變化，調整均壓調節風門確保2-607工作面氣體正常與通風系統穩定。2-607工作面主運順槽風量保持不低于730 m3/min，同時進、回風順槽均壓風門內外的壓差均保持在180～280 Pa，工作面與鄰近采空區壓能基本平衡[6].

2) 測試運行并限制人員進入。均壓系統啟動時，禁止所有人員進入均壓區域范圍內。待均壓系統運行8 h以上并穩定后，檢測人員進入2-607工作面檢查回風隅角、工作面及回風流氣體情況，確定CO濃度<24×10-6，CO2濃度<1.5%，O2濃度>18%后，方可允許其他工作人員進入工作面作業。

3.3.3 系統故障處理

1) 均壓工作面發生主風機停運、備用風機開啟時的處理措施：a) 發現主風機運行不正常時，必須將工作面及兩巷超前支護20 m內工作人員撤離到進風巷新鮮風流中。b) 將回風順槽超前支護20 m外及在回風流作業的所有人員撤到新鮮風流中。c) 核對撤出人數，查明主風機停運原因，待主、備風機全部恢復工作后才能恢復生產。

2) 均壓工作面發生主風機、備用風機全部停運后的處理措施：a) 發現主風機運行不正常時，必須將工作面及兩巷超前支護20 m內工作人員撤離到進風巷新鮮風流中。b) 將回風順槽超前支護20 m外及在回風流作業的所有人員撤到新鮮風流中。c) 通風機崗位工作人員立即打開均壓風門，連同風門工作人員對現場風量和氣體進行實測，調節均壓調節風門大小，形成全負壓通風系統。d) 核對撤出人數，設置警戒嚴禁人員進入工作面。

3) 均壓風門受到破壞造成工作面泄壓的處理措施：a) 風門工作人員應該立即通告情況，將工作面及二巷超前支護20 m內工作人員撤離到進風巷新鮮風流中，將回風順槽超前支護20 m外及在回風流作業的所有人員撤到新鮮風流中。b) 切斷均壓區域內所有非本質安全型電源。c) 通風機崗位工作人員立即打開均壓風門，連同風門工作人員對現場風量和氣體進行實測，調節均壓調節風門大小，形成全負壓通風系統。d) 核對撤出人數，在工作面巷口設警攔人，禁止任何人員進入。e) 及時對均壓風門進行修復。

4 均壓通風技術應用的效果分析

應用均壓通風技術前后2-607工作面CH4、CO等參數情況見表1，2.

表1 均壓通風技術應用前2-607工作面氣體參數情況表

表2 均壓通風技術應用后2-607工作面氣體參數情況表

由表1數據可知，2-607工作面應用均壓通風技術后，回風隅角CO濃度從8×10-6降低至0，回風隅角CO2濃度從13.02%降低至0.35%，回風隅角O2濃度從14.33%提高至19.99%>18%. 工作面、主運順槽和回風順槽的風量對比之前有了明顯減少，而氣壓對比之前有了明顯上升；均壓通風技術應用后回風順槽與主運順槽的風量差從104 m3/min降低至28 m3/min.

2-607工作面采用均壓通風技術治理后，有效提高了工作面氣壓，防止2-607工作面上部采空區低氧氣體下泄，有效提高了2-607工作面回風隅角氧氣濃度，使氧氣濃度>18%，2-607工作面上隅角低氧問題得到解決，保障了工作面回采的安全。

5 結 語

1) 采用均壓通風技術能夠很好地解決工作面回風隅角低氧問題，通過升高工作面氣體壓力，有效減少了臨近采空區有害氣體向生產工作面的運移，保證了工作面的安全生產。

2) 使用均壓通風時，可對臨近采空區與生產工作面氣壓壓差進行監測，以便配備高效、節能的局部通風設施。

3) 實施均壓通風技術施工必須達標，同時需加強對工作面風量、壓差等檢測，避免出現工作面風流不穩的現象。