工作面通風系統優化及防滅火技術研究

尹建軍

(晉能控股煤業集團有限責任公司四老溝礦，山西 大同 037000)

引 言

煤礦綜采工作面的開采除了采用合理的采煤工藝、支護方案外還存在眾多關鍵因素。通風系統作為綜采工作面的“肺”，其不僅承擔著保證工作面瓦斯濃度保證《煤炭安全規程》的相關規定，而且還需保證綜采工作面氣流通暢，預防火災事故的發生[1]。根據《煤炭安全規程》的相關規定，要求在實際開采過程必須注意對容易自燃煤層或者自燃礦井采取合理的防滅火措施。本文著重對礦井通風系統進行優化，并對其所采取的防滅火技術進行研究。

1 工作面通風系統的優化

解決工作面火災事故的主要根源時減少煤炭與空氣的直接接觸。因此，需對工作面的通風系統進行優化，著重對通風方式和風量進行優化；除此之外，采取合理有效的措施對工作面的漏風現象進行解決。因此，需對流入工作面的風量進行監測，著重對進風巷、回風巷以及中間巷道的通風情況進行精確監測，為通風系統的優化提供扎實的依據[2]。

1.1 工作面漏風情況的監測模擬分析

本文所監測漏風情況的工作面為9306工作面，在其巷道內所布置監測的間距為100 m，具體監測點的布置如圖1所示。

如圖1所示，在靠近9307工作面采空區所布置監測點的編號為A1～A6，在靠近9305綜采工作面監測點的編號為B1～B2。經對上述6個位置進行監測可知，在A2～A6 5個位置存在漏風情況，且最大漏風監測點為A4，對應的漏風量為99 m3/min，漏風率為8.3%；最小漏風監測點為A3，對應的漏風量為12 m3/min，漏風率為1.0%。綜上所述，整個工作面的漏風較為嚴重，主要集中在9306采煤作業的位置以及9305工作面的切眼位置。

圖1 9 306工作面漏風監測點

1.2 工作面漏風規律模擬分析

本節將根據9 306工作面的實際情況，基于FLUENT軟件建立數值模擬模型，對其不同通風方式下工作面的漏風情況進行模擬研究[2]。基于FLUENT所搭建的9306通風系統的模型如第99頁圖2所示。

如圖2所示，巷1為9306工作面的軌道順槽；巷2為9306工作面的運輸順槽；巷3為9305工作面的運輸順槽。為了能夠更好的對工作面的漏風情況進行模擬研究，在實際仿真時將工作面的氣體均認為N2，且每條巷道的進風量均設定為650 m3/min，最終對工作面內氧氣的流向進行模擬分析[3]。

圖2 通風系統數值模擬模型

當采用Y型通風方式時，進風巷道為9306工作面的軌道順槽和運輸順槽；回風巷道為9305工作面的運輸順槽；當采用W型通風方式時，進風巷道為9306工作面的軌道順槽和9305工作面的運輸順槽，回風巷道為9306工作面的運輸順槽。經仿真分析得出如下結論：

當采用W型通風方式時，工作面內氧氣含量比例為0.195～0.135；而采用Y型通風方式時，工作面內氧含量比例為0.15～0.105。而且，在W型通風方式下工作面交匯處的風速大于0.1 m/s；而在Y型通風方式下工作面交匯處的風速小于0.1m/s。綜上所述，W型通風方式下對應的漏風情況較Y型通風方式下嚴重，更容易發生火災事故。

1.3 工作面通風系統的優化

基于上述實踐測試和數值模擬仿真分析的基礎，應將工作面的W型通風方式改造為Y型通風方式，即進風巷道為9306工作面的軌道順槽和運輸順槽；回風巷道為9305工作面的運輸順槽。并對采用Y型通風方式后工作面不同位置的風量進行監測，以驗證通風系統優化改造后的效果。基于Y型通風方式后，各監測點的風量如表1所示。

表1 優化改造后各監測點風量監測結果

如表1所示，經采用Y型通風方式后所監測位置的風量幾乎一致，說明整個工作面的漏風問題已得到解決。

2 工作面防滅火技術研究

為有效預防工作面火災、自燃等現象，在對工作面通風系統進行優化改造后，還需采取適當有效的防滅火措施。本工程主要采用了注凝膠防滅火技術和低溫氮氣阻化細水霧防滅火技術，以保證綜采工作面的安全生產。

2.1 注凝膠防滅火技術研究

針對本工程選用無氨凝膠和MFJ礦用防滅火凝膠劑配合使用進行注膠操作，經注膠操作后在煤體等高溫物體上會形成含水膜以對氧氣進行隔離。一般情況下，注凝膠滅火技術的效果可保持三個月；在失效后在凝膠表面重新加水即可再次發揮防火效果[4]。

本工作注凝膠操作所采用的核心設備為氣動注漿泵，其具體型號為ZBQS-6/12；結合實踐經驗一般凝膠劑與水的比例為1∶100，在實際施工過程中可根據需要對混合比例進行調整。針對9306工作面的實際情況注膠鉆孔的位置如圖3所示。

圖3 9306工作面注凝膠防滅火鉆孔示意圖

如圖3所示，在9306沿空留巷內設計3個鉆孔，設定每個孔徑的直徑為89 mm，而且保證每個鉆孔均應穿過浮煤層。

2.2 低溫氮氣阻化細水霧防滅火技術研究

針對工作面火災發生地相對封閉且位置相對較遠時，可采用低溫氮氣阻化細水霧防滅火技術進行防滅火操作，具體操作方案為將氮氣和阻化液分兩條管道輸送至火災位置充分混合后以水霧的形式進行滅火[5]。

一般的，阻化液為采用氯化鎂、氯化鈉以及氯化鈣等無機鹽類所配置而成的阻化液，其質量分數控制在10%～30%；在實際輸送過程中將氮氣和阻化液的壓力均控制在0.3 MPa～0.6 MPa，一般輸送阻化液的壓力略高于輸送氮氣的壓力。本工程9306工作面的采用低溫氮氣阻化細水霧防滅火技術具體實施方案如圖4所示。

圖4 低溫氮氣阻化細水霧防滅火現場實施方案

如圖4所示，將低溫氮氣阻化細水霧防滅火的一套系統包括有輸送管道、注氮管、水泵以及制冷機等設備布置于9306工作面的回風順槽中，將柱氮口布置于液壓支架后方10 m位置處。本方案所采用的阻化液為15%的氯化鎂溶液；輸送氮氣的壓力為0.3 MPa，輸送阻化液的壓力為0.4 MPa(對應氮氣的流量為800 m3/h，對應阻化液的流量為1 m3/h)。

3 結語

工作面通風系統承擔著凈化工作面空氣質量任務的同時，不合理的通風方式還可能加劇工作面自燃、火災等事故的發生。因此，在實際生產過程中除了采取有效的防滅火措施外，還需采用最佳、合理的通風方式。本文以9 306工作面為例展開通風系統的優化，并對涉及到的防滅火技術進行研究，具體總結如下：

1) 9306工作面沿空留巷存在較為嚴重的漏風現象，為此將原W通風方式優化改造后Y型通風方式。經現場監測，改造后工作面的漏風現象得到解決。

2) 針對9306工作面的實際情況分別設計了助凝劑防滅火方案和低溫氮氣阻化細水霧防滅火方案。