综放工作面升压通风设计的优化分析

张建国

(西山煤电集团公司 镇城底矿，山西 太原 030200)

综放工作面升压通风设计的优化分析

张建国

(西山煤电集团公司 镇城底矿，山西 太原 030200)

以恒宝源矿8101工作面地质条件为基础，结合工作面钻探结果，分析了采用升压通风系统的原因，通过理论计算分析，提出该工作面升压通风设计的优化方案，并指出升压过程中需要注意的问题。实践表明：综放工作面升压通风设计优化方案在治理CO超限以及确保O2浓度方面取得了较好的效果。

综放工作面；升压通风；优化分析；风量计算

1 工作面概况

恒宝源9#层8101工作面煤层平均厚度为9.5 m，煤层倾角7°～15°,采高2.8 m，工作面顺槽长457 m，面长120 m，总面积52 790 m2.采用综采放顶煤开采，煤尘具有爆炸性，自燃倾向性等级Ⅱ级，自然发火期为72天。4#层与9#层的层间距为35.5～40 m.

9#层8101工作面现风量为714 m3/min,回采工作面绝对瓦斯涌出量最大为0.26 m3/min，回采工作面绝对二氧化碳涌出量最大为1.25 m3/min.

9#层8101工作面南部与担水沟断层相邻，北部为9#层8103工作面，同层无采空区，上覆原上磨石矿4#层采空区。原上磨石矿4#层采空区面积8 000 m2，无积水，有CO气体，气体最大浓度为100 mg/m3.原上磨石矿开采过程中，在4#煤层两处发生过自燃。由于原上磨石矿于1996年关闭，且无原始资料，着火点位置、影响区域无法估计。

2 工作面采用升压通风的原因

9#层8101工作面探放水孔中2#孔位于2101巷N7测点后8 m处，方位355°、倾角58°，钻孔55 m处开始见采空区虚煤，钻孔不返水，经核实，该钻孔与上覆4#层原上磨石煤矿采空区探通，61 m终孔。其余2个钻孔未探到采空区。2#孔探通后对孔内气体进行取样化验，分析结果如下：CO浓度最大100 mg/m3、CO2浓度8.5%、O2浓度7.1%、甲烷浓度0.28%、乙烯浓度0.006 9%.

9#层8101工作面开采过程中，由于上覆原4#层上磨石矿采空区存在有害气体，随着本工作面采空区的塌落，极可能与4#层原上磨石矿采空区塌通，塌通后一方面影响9#层8101工作面的风量，另一方面造成有害气体的流入，若存在漏风通道(如地表裂缝)有可能造成4#层原火区复燃。

因此，为防止9#层8101工作面开采期间受到上覆4#层原上磨石煤矿采空区有害气体的影响，保证工作面回采过程中作业人员的人身安全，需在该工作面建立升压通风系统。

3 风量计算及风机选型

3.1 风量计算

1) 按气象条件计算。

Q采=60×70%×V采×S采×K采高×K面长=60×70%×1.0×(4.9+4.3)/2×2.8×1.2×1.1=714 (m3/min)

式中：

V采—采煤工作面的风速，m/s；

S采—采煤工作面的平均有效断面积，按最大和最小控顶有效断面的平均值计算，m2；

K采高—采煤工作面采高调整系数；

K面长—采煤工作面长度调整系数；

70%—有效通风断面系数；

60—单位换算产生的系数。

2) 按照瓦斯涌出量计算。

Q采=125×q采CH4×K采CH4=125×0.26×2.5=81.25 (m3/min)

式中：

q采CH4—采煤工作面回风流中平均绝对瓦斯涌出量，m3/min；

K采CH4—采煤工作面瓦斯涌出不均匀的备用风量系数，放顶煤工作面取2.5；

125—按采煤工作面回风流中瓦斯浓度不应超过0.8%的换算系数。

3) 按照二氧化碳涌出量计算。

Q采=67×q采CO2×K采CO2=67×1.25×2=167.5 (m3/min)

式中：

q采CO2—采煤工作面回风流中平均绝对二氧化碳涌出量；

K采CO2—采煤工作面二氧化碳涌出不均匀的备用风量系数，取2.0，如果实际测定值大于2.0时，取实际测定值(实际测定值为正常生产条件下，连续观测1个月，且最大绝对二氧化碳涌出量与月平均日二氧化碳绝对涌出量的比值)；

67—按采煤工作面回风流中瓦斯浓度不应超过1.5%的换算系数。

4) 按工作人员数量计算。

Q采≥4N采≥4×40≥160 (m3/min)

式中：

N采—采煤工作面同时工作的最多人数(交接班)，人，取40；

4—每人需风量，m3/min.

取上述各条件计算的最大值做为采煤工作面的实际需要风量，为714 m3/min.

5) 按风速进行验算。

验算最小风量：

Q采≥60×0.25S控max≥60×0.25×9.6≥144 (m3/min)

S控max=1控max×h采高×70%=4.9×2.8×70%=9.6 (m2)

验算最大风量：

Q采≤60×4.0S控min≤60×4.0×8.4≤2 016 (m3/min)

S控min=1控min×h采高×70%=4.3×2.8×70%=8.4 (m2)

因此，4#层8101综采面的计划配风量为：714 (m3/min).

3.2 风机选型

1) 局扇工作风量。

Qf=Pq×Q

式中：

Pq—风筒漏风备用系数，m，取50；

Q—工作面风量，m3/min.

选用柔性风筒的Pq值可用下式计算：

Pq=1/(1-nLie)=1/(1-6×0.035)=1.27

式中：

n—接头数，个，取6；

Lie—一个接头的漏风率。

Qf=Pq×Q=1.27×714=907 (m3/min)

2) 局扇工作风压。

hf=Rp×Qf×Q

Rp—风筒的风阻

Rp=(L/100)×R100=(50/100)×5.59=2.8

hf=2.8×907×714÷3600=504 (Pa)

增加15%的局部阻力损失后得：

h=hf(1+15%)=504×1.15=580 (Pa)

3) 选择局扇。

综上所述，将9#层8101工作面所稳设的升压风机吸风量应达到907 m3/min以上。对比局部通风机的特性曲线图(Q≥907 m3/min，P≥580 Pa)选用4台(2台专用，2台备用)型号为FBD№7.1 2×37 kW对旋风机作为9#层8101工作面的升压风机。

4 升压通风系统各组成部分的设置

1) 在9#层8101工作面2101巷的指定位置跨胶带输送机构筑两道反向升压风门；在2101巷反向升压风门墙上镶铁皮风筒并接软质风筒。在5101巷指定位置构筑两道增阻反向调节门；并在5101巷增阻反向调节墙垛上镶调节窗口。

2) 分别在9#层8101工作面2101巷的反向升压风门外和5101巷的增阻反向调节风窗外安装1套水柱计，以及时掌握内外差压情况。

3) 在9#层8101工作面2101巷稳装4台升压风机(2台专用2台备用)，升压风机功率均为2×37 kW.

4) 在8101工作面上隅角设置氧气传感器、一氧化碳传感器和甲烷传感器，在工作面安装甲烷传感器，在距回风绕道口10～15 m的回风流中安装甲烷传感器和温度传感器，在2101巷皮带头下风侧10～15 m处安装一氧化碳和烟雾传感器(见图1).当甲烷浓度达到断电浓度时，必须实现闭锁。

图1 8101升压工作面监测监控布置图

5) 在9#层8101工作面两顺槽合适位置各安装1台风速传感器，每班记录测风数据，作为观测两巷风量差的一条依据。

6) 升压风机必须实现“双风机、双电源自动切换”。提前准备升压风机供电所需要的“三专”设备及两趟独立专用供电电缆。

5 升压通风系统启动条件

若达到以下条件时，必须立即启动升压通风系统。(注：以束管监测、人工检查、取样化验3种数据最高值为准)：

1) 9#层8101工作面采空区漏风量超过200 m3/min.

2) 工作面上隅角及回风流一氧化碳浓度超过3 mg/m3，通过增加工作面配风量无法解决时。

3) 经取样化验，工作面回风流空气含量中有重炭氢类气体成分超标时。

4) 因顶板层间距较薄，采动顶板垮落，与上覆采空区塌通后，发生有害气体异常涌出，导致工作面氧气含量降低至18%以下、二氧化碳异常下泄等。

以上几个条件如有任意一项达到时，必须及时启动升压通风系统。

6 结 论

采用均压通风方式后，该工作面在推进过程中，经过连续观察工作面头、尾各处水柱计的压力变化及工作面气体变化情况，工作面上隅角、尾部、回风流中CO气体浓度保持在30 mg/m3以下，氧气浓度能够保证不小于18%，且其他有毒有害气体均在《煤矿安全规程》允许范围，确保了工作面的安全生产。

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[6] 王 磊.基于均压通风系统的多煤层开采有害气体下泄防治[J].煤炭科学技术，2013(S1)：39-41.

Optimization Analysis of Boost Ventilation Design in Fully Mechanized Coal Mining Face

ZHANG Jianguo

Based on the geological condition of No.8101 working face in Hengbaoyuan coalmine, the paper gives the reason of application of boosting ventilation system in combination with drilling result, by theoretical calculation and analysis, puts forward the optimization scheme of boosted ventilation design in the working face, Practice shows that the optimized design scheme of boosted ventilation in fully mechanized mining face has achieved good results both in the concentration management of CO and O2.

Fully mechanized mining face; Boost Ventilation Design; Optimization analysis; Air volume calculation

2016-08-20

张建国(1980—)，男，山西运城人，2015年毕业于中国矿业大学，硕士研究生，工程师，主要从事煤矿通风技术管理工作

(E-mail)zhangjianguoguo1@126.com

TD722

B

1672-0652(2016)10-0051-03