綜放工作面均壓通風技術應用研究

武 捷

（山西潞安化工集團慈林山煤業有限公司夏店煤礦，山西 長治 046000）

夏店煤礦5320綜采放頂煤工作面在回采期間因采用頂板抽放巷封閉式抽采方式對上隅角采空區內的瓦斯進行抽采治理，在回采過程中工作面采空區頂板垮落后極易與上覆已開采工作面采空區聯通，造成采空區漏風從而導致上覆工作面采空區內遺落煤炭自燃，給工作面安全生產帶來安全隱患[1-2]。因此，為保證工作面安全回采，提出在5320工作面回采初期采用均壓通風系統。本文就5320工作面均壓通風技術方案進行研究分析，以期為類似條件下礦井開展均壓通風技術提供一定技術參考。

1 工程概況

夏店煤礦5320工作面開采煤層為5-8#煤，煤層平均厚度為13.58 m，采用綜采放頂煤采煤工藝。工作面沿煤層走向布置，設計走向長度為785 m，傾斜長度為215 m，采高為3.8 m，平均放煤高度為9.78 m。工作面通風方式采用“U+I”型，即1320巷進風，3320巷回風，5320頂板抽放巷進行瓦斯抽放。1320進風巷和3320回風巷均沿5-8#煤層底板掘進，5320頂板抽放巷沿煤層頂板掘進，并與5320工作面巷道內錯20 m。工作面巷道布置圖如圖1。在頂板抽放巷迎頭布置一個直徑為1.5 m的通風孔，該通風孔與5320工作面切眼聯通，從而確保5320工作面頂板抽放巷全風壓通風。

5320工作面開采煤層上覆的11-1、12-2、14-2煤層已被早期鄰近煤礦開采完畢形成采空區，工作面開采的5-8#煤層與11-1、12-2和14-2煤層之間的層間距分別為168～195 m、135～162 m、151～171 m。5320工作面在開采后其上覆巖層產生的裂隙與上覆采空區直接形成貫通裂隙，在工作面回采期間原上覆工作面采空區內積聚的CH4、CO等大量有毒有害氣體將沿裂隙通道涌向5320工作面，給工作面安全生產帶來極大安全隱患，影響工作面正常生產。

2 均壓通風技術方案

2.1 啟動運行條件

工作面在采取均壓措施前，在1320巷和3320巷道距離巷道開口位置100～200 m范圍內分別向對應的上覆工作面采空區施工觀測鉆孔。在觀測鉆孔終端安裝壓差計對采空區內的壓力進行測試，同時對采空區內氣體變化、采空區與工作面之間的壓力差進行觀測，并進行取樣化驗，為工作面調整均壓壓力提供依據。5320工作面在回采期間，由專職瓦檢員負責對工作面上下隅角、工作面中段、上段及回風流中的CH4、CO、O2和CO2等氣體濃度進行測量，當達到下述條件時：（1）觀測工作面上隅角O2濃度值連續3 d出現低于18%現象；（2）工作面漏風量大于10%。應立即啟動運行工作面均壓通風系統，且開啟前工作面要先斷電并將人員全部撤出。

2.2 工作面需風量計算

按照相關規定要求[3-4]，工作面回采期間需風量需按照工作面氣象條件、瓦斯涌出量、二氧化碳涌出量、作業人數等不同要求條件下進行計算風量，具體計算結果見表1。（根據國家煤礦安全監察局《煤礦井下單班作業人數限員規定（試行）》要求“災害嚴重礦井機械化采煤工作面檢修班最大作業人數不超過40人”，本礦井為高瓦斯礦井，屬于災害嚴重類型礦井，工作面采用綜合機械化采煤工藝，故按最大作業人數計算工作面配風量時最大作業人數按40人計算）

表1 工作面在不同條件下所需風量計算結果

根據計算結果選取最大需風量值，故Qc為1642 m3/min。

因工作面生產期間采用防爆柴油機車進行運輸物料和人員，因此，在計算風量時需考慮給運輸車輛增加配風量，具體需增配風量計算公式如下：

式中：Qr為稀釋柴油機車尾氣所需風量，m3/min；Ndl為機車數量，臺，取值2；Pdl為柴油機車功率，取值70kW。將以上數據代入公式（1）計算可得Qr=560 m3/min。

綜上可知，5320工作面回采期間所需的總風量為Qcf=Qc+Qr=2202 m3/min。

2.3 工作面均壓風機型號選擇

5320工作面回采期間配風量為2202 m3/min。在實際通風過程中，該工作面均壓風筒漏風量為60 m3/min，軌道運輸斜巷風門漏風量為150 m3/min，皮帶運輸聯巷風門漏風量為450 m3/min，回風巷繞巷漏風量為350 m3/min，累計漏風量為1010 m3/min。為滿足工作面生產配風量需要，均壓風機的吸風量需達到3212 m3/min以上，據此確定選擇風機型號為FBDNo8.0/2×75的局部通風機，共計配備4臺，實行并聯運行，風量可滿足工作面均壓供風需求。

3 風機及通風設施安裝方案及應用效果

3.1 風機及通風設施安裝方案

（1）在1320運輸斜巷構筑3道均壓風門，在1320皮帶運輸聯巷內構筑2道均壓風門，同時在1320巷道內構筑3道均壓調節風門。安裝的通風設施必須全部實現閉鎖要求，在過風門皮帶跨風門口處必須安裝擋風裝置。

（2）在1320升壓措施巷安裝型號為FBD No8.0/2×75kW的對旋軸流局部通風機，共計安裝8臺，其中4臺正常開啟，4臺作為備用風機。同時，為保證均壓風機向工作面正常供風，在1320升壓措施巷內設置1道密閉墻，穿過密閉墻安裝4趟直徑為1000 mm的鐵風筒用于向工作面供風。通風設施安裝構筑具體情況如圖1。

圖1 工作面均壓通風系統通風設施布置圖

（3）在1320皮帶運輸聯巷內過風門皮帶口處必須安裝全封閉的防漏風裝置，同時將過風門墻的所有管路、電纜孔和水溝等存在漏風的地方使用黃泥等進行封堵填實，減少漏風，并將巷道內安裝的所有風門設置為自動風門。

（4）把5320工作面和1320巷內安裝的所有風門全部安裝閉鎖裝置，并設置語音報警信號裝置。

（5）在1320和3320斜巷風門外分別安裝一個壓差計和壓力傳感器，實時對5320工作面的下部和上部的壓差進行監測。

（6）5320工作面甲烷傳感器設置參數見表2，同時在工作面上隅角和回風流中分別安裝1臺氧氣傳感器，其報警值為≤18%。在5320工作面上隅角和回風流以及在1320皮帶運輸機機頭下風側向外5 m左右位置分別安裝1臺CO和溫度傳感器，其中CO傳感器報警值為≥24×10-6ppm，溫度傳感器報警值為≥26 ℃。

表2 5320工作面CH4傳感器工作參數值

（7）為達到工作面發生自然發火災害時能夠在最短時間內把工作面進行全部封閉的要求，在5320工作面進風順槽和回風順槽距巷道口10～30 m位置各構筑一道防火門。

3.2 應用效果

采取均壓通風措施以后，5320工作面上覆采空區內的有毒有害氣體涌出量得到有效控制。通過現場監測，CO濃度一直處于0，CH4、O2、CO2等氣體濃度均在允許范圍之內，保障了工作面安全生產。

4 安全技術措施

（1）在1320巷、5320巷及1320斜巷和皮帶聯巷每班安排專人對均壓通風設施進行看管并檢查設施的完好情況。

（2）工作面每班配備專職瓦檢員對工作面上下隅角、工作面中部、上部、回風流等地點的CH4、O2、CO2、CO濃度及溫度和壓力變化情況進行檢查，每班不少于3次，并做好記錄，向通風調度人員匯報檢查情況。

（3）加強對工作面主均壓風機和備用風機的檢查維護，確保能夠實現自動倒臺切換。同時，對風機的自動倒臺切換定期進行試驗，每間隔10 d開啟備用風機一次并使其連續運行時間不少于2 h。每天安排專人對語音報警裝置進行檢修并測試其是否正常。

（4）每周至少組織一次對5320工作面對應上覆工作面采空區內的觀測鉆孔內的氣體成分進行取樣化驗分析，出現異常情況要及時分析原因并采取措施進行處理。

（5）加強工作面上隅角維護和管理，工作面回采期間每班安排專人對工作面和上隅角進行灑水沖刷，并及時清理上隅角的積煤、雜物，確保上隅角通風斷面符合要求。同時在生產期間要確保工作面最后一架支架距巷道上幫的間距不少于0.8 m。

5 結語

5320工作面在開采后其上覆巖層產生的裂隙與上覆11-1、12-2和14-2煤層采空區直接形成了聯通通道，極易造成上覆工作面采空區內積聚的大量有毒有害氣體沿著裂隙通道涌向5320工作面，同時還會引起煤炭自燃，給工作面安全生產帶來極大安全隱患，影響工作面正常生產。結合5320工作面現場開采的實際情況，提出對工作面采取均壓通風技術，并對工作面均壓通風風量配備、風機選型與安裝、通風設施布置等進行方案設計，采取相應的安全技術措施，確保5320工作面上覆采空區內的有毒有害氣體涌出量得到有效控制，保障工作面安全生產。