均壓通風(fēng)防治小窯漏風(fēng)技術(shù)的實(shí)踐應(yīng)用

米常澤

（霍州煤電集團(tuán)豐峪煤業(yè)通風(fēng)區(qū)，山西 霍州 031400）

自燃煤層在全負(fù)壓通風(fēng)的綜采放頂煤開(kāi)采過(guò)程中，如果工作面上部存在多個(gè)小煤窯，小煤窯的采空區(qū)就可能與綜放面的采空區(qū)相聯(lián)通，致使小煤窯向工作面漏風(fēng)，造成工作面有害氣體超限和采空區(qū)自燃。本文以霍州煤電集團(tuán)豐峪煤業(yè)東五采區(qū)51105綜采放頂煤工作面為例，探討了綜采放頂煤工作面均壓通風(fēng)防治小煤窯漏風(fēng)技術(shù)，防止工作面有毒有害氣體超限和采空區(qū)自燃。

1 工程概況

10+11#煤層51105工作面為耿村井田東五采區(qū)最上部的第一個(gè)采面，工作面走向長(zhǎng)1050m，傾斜長(zhǎng)102m，煤層傾角9°～12°，煤層總厚11.0～7.4m，平均煤厚9.2m。其埋藏穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，其中含有0.05～0.20m的數(shù)層夾石。煤層普氏系數(shù)f=1.5～2，容重1.46t/m3。采煤高度2.6m，放煤高度6.6m。煤種為長(zhǎng)焰煤，極易自燃，自然發(fā)火期為1個(gè)月左右。煤層瓦斯含量較小，該面絕對(duì)瓦斯涌出量為1.0m3/min。

2 均壓通風(fēng)防治小窯漏風(fēng)技術(shù)

2.1 必要性分析

51105工作面上部煤層共有18個(gè)小煤窯開(kāi)采，10+11#煤層距10#煤巖層厚度達(dá)12m，距9#煤巖層厚度為49.5m，而工作面采放高度為9.2m。工作面在回采過(guò)程中，采空區(qū)極易與小窯采空區(qū)塌透聯(lián)通，在全負(fù)壓通風(fēng)條件下，將使小煤窯采空區(qū)內(nèi)積存的大量有毒有害氣體涌入到回采工作面。同時(shí)由于漏風(fēng)，可能造成采空區(qū)遺煤自燃。因此，必須采取均壓措施提高工作面的壓力，改變漏風(fēng)方向，保證綜放面的安全回采。

2.2 均壓通風(fēng)的原理與數(shù)據(jù)初算

因工作面采用上行通風(fēng)，工作面上拐頭某一點(diǎn)A的壓力可視為采空區(qū)壓力的最低點(diǎn)，只要保證該點(diǎn)的壓力大于地表的壓力，即可保證漏風(fēng)方向?yàn)閳D1所示。

根據(jù)能量方程，當(dāng)?shù)孛媾c井下不漏風(fēng)時(shí)，需保證下式成立：

即

式中：

PA、ρA、VA-分別為A點(diǎn)的靜壓、空氣密度和風(fēng)速；

PB、ZB、ρ均-分別為地面小窯井口B點(diǎn)的靜壓、相對(duì)于A點(diǎn)的垂距和可能漏風(fēng)路線內(nèi)的空氣密度。

將測(cè)量和估算的數(shù)值（見(jiàn)表1）代入式（1），則PA-PB=24.6hPa。由于ρ均為估算值，故此數(shù)據(jù)僅作為調(diào)壓的參考值。

圖1 保證漏風(fēng)方向示意圖

表1 2017年8月5日測(cè)定128號(hào)小煤窯數(shù)據(jù)表

2.3 具體實(shí)施方案

生產(chǎn)初期，工作面采用負(fù)壓通風(fēng)，2016年8月4日出現(xiàn)小窯漏風(fēng)征兆，工作面上巷有害氣體濃度逐漸增大，并超限。8月5日，上巷風(fēng)流中CO、CH4、CO2濃度分別達(dá)到0.03%、1.6%、1.8%，研究決定工作面停產(chǎn)撤人，開(kāi)始實(shí)施均壓措施。

均壓系統(tǒng)為：下巷設(shè)兩臺(tái)局部通風(fēng)機(jī)向工作面供風(fēng)（局部通風(fēng)機(jī)型號(hào)分別為FD-1型2×15kW及JBT-62型），騎風(fēng)筒建風(fēng)門(mén)4道，上巷設(shè)調(diào)節(jié)風(fēng)窗3道，如圖2所示。

圖2 均壓通風(fēng)系統(tǒng)示意圖

壓力調(diào)節(jié)程序和控制：在井下工作面上拐頭和地面各放一臺(tái)JFY-1型礦井通風(fēng)參數(shù)檢測(cè)儀。通過(guò)逐漸縮小調(diào)節(jié)風(fēng)窗面積來(lái)增加工作面的壓力，使調(diào)節(jié)風(fēng)窗內(nèi)外靜壓差達(dá)到400Pa左右。

考慮到先有小窯漏風(fēng)，后有上巷風(fēng)流中CO濃度超限，因此，在本煤層采空區(qū)不自燃的情況下，CO的存在與否可作為小窯是否漏風(fēng)的指標(biāo)氣體，上巷CO濃度逐漸縮小為0時(shí)的壓力即為最佳的壓力控制值。

實(shí)施效果：2016年8月6日14時(shí)，完成了均壓系統(tǒng)的建立和調(diào)節(jié)，當(dāng)工作面風(fēng)量為340m3/min，上巷調(diào)節(jié)風(fēng)窗兩側(cè)的壓差為370Pa時(shí)，上巷CO濃度為0，CH4濃度隨生產(chǎn)工藝不同和其他因素保持在0.22%～0.55%之間，采空區(qū)向小窯漏風(fēng)為0～20m3/min。后經(jīng)多次測(cè)定、計(jì)算，在工作面氣體正常的情況下，上隅角的壓力均略高于同標(biāo)高處小煤窯的壓力，壓差為0～30Pa。

工作面調(diào)壓前后的壓能坡度線見(jiàn)圖3所示，其中1-2-3-4-5-6為調(diào)壓前壓能坡度線，1'-2-2'-3'-4'-5'-5-6'為調(diào)壓后壓能坡度線。

圖3 壓能坡度線

3 管理技術(shù)措施

10+11#煤層51105工作面采用均壓通風(fēng)后，抑制了小窯的漏風(fēng)，但如果管理跟不上，一旦均壓系統(tǒng)不穩(wěn)定，安全生產(chǎn)就沒(méi)有保障。因此，采取了以下管理措施：

（1）對(duì)上巷三道調(diào)節(jié)風(fēng)窗的風(fēng)門(mén)進(jìn)行連鎖，嚴(yán)禁運(yùn)料，行人時(shí)有兩道以上的風(fēng)門(mén)同時(shí)敞開(kāi)。對(duì)下巷的四道風(fēng)門(mén)加強(qiáng)堵漏，盡量減少風(fēng)門(mén)與皮帶間的空隙漏風(fēng)，并對(duì)上、下巷設(shè)施設(shè)專人看管。

（2）對(duì)下巷的每臺(tái)局部通風(fēng)機(jī)都安裝了備用通風(fēng)機(jī)，實(shí)行雙風(fēng)機(jī)、雙電源、風(fēng)機(jī)自動(dòng)倒臺(tái)，并加強(qiáng)了風(fēng)筒管理，保證風(fēng)筒吊掛平直，牢固不脫節(jié)，出現(xiàn)破口及時(shí)粘補(bǔ)，確保工作面的正常供風(fēng)。

（3）地面調(diào)度中心站通過(guò)設(shè)在上巷的瓦斯傳感器隨時(shí)監(jiān)控工作面的瓦斯?jié)舛龋⒁?.6%作為警戒點(diǎn)。發(fā)現(xiàn)CH4濃度異常時(shí)，立即督促有關(guān)單位查找原因，及時(shí)整改，并且工作面配備專職瓦檢員進(jìn)行巡回檢查。

（4）為防止地面小窯漏風(fēng)太多，而引起工作面風(fēng)量、壓力降低，對(duì)影響大的小窯進(jìn)行封閉，并對(duì)采空區(qū)上部塌陷區(qū)的裂縫不斷充填。

（5）嚴(yán)格執(zhí)行機(jī)械電氣設(shè)備符合防爆要求、氣體超限時(shí)撤人、上巷救護(hù)隊(duì)員24小時(shí)值班等規(guī)定。

以上措施的實(shí)施，使10+11#煤層51105綜放面自2016年8月～2017年3月中共推進(jìn)710m，安全生產(chǎn)煤炭81萬(wàn)t。

4 結(jié) 論

本文以霍州煤電集團(tuán)豐峪煤業(yè)東五采區(qū)10+11#煤層51105綜采放頂煤工作面為對(duì)象，研究采用均壓通風(fēng)防治小窯漏風(fēng)技術(shù)，取得了良好的效果，并得到以下結(jié)論：（1）局部通風(fēng)機(jī)-風(fēng)窗聯(lián)合均壓的方法是一種治理小煤窯內(nèi)有毒有害氣體涌入的有效方法；（2）在工作面均壓過(guò)程中，上、下巷的壓差根據(jù)工作面的生產(chǎn)布局進(jìn)行調(diào)整；（3）采用均壓通風(fēng)時(shí)，工作面上隅角的壓力應(yīng)略高于同標(biāo)高處小煤窯內(nèi)的壓力，一般壓差應(yīng)30Pa以內(nèi)；（4）做好工作面均壓通風(fēng)設(shè)施的技術(shù)管理工作，防止均壓通風(fēng)設(shè)施故障的發(fā)生?；糁菝弘娂瘓F(tuán)已將均壓通風(fēng)防治小窯漏風(fēng)技術(shù)在全集團(tuán)內(nèi)推廣應(yīng)用。