两进一回均压通风防灭火技术的应用

王海生

(中煤科工集团重庆研究院有限公司，重庆市沙坪坝区，400037)



两进一回均压通风防灭火技术的应用

王海生

(中煤科工集团重庆研究院有限公司，重庆市沙坪坝区，400037)

板定梁塔煤矿1203工作面在主要通风机负压作用下，周边火区的CO气体通过地面裂隙或采空区等漏风通道进入工作面，引起CO超限。针对1203工作面两进一回的特点，通过构建通风机、风门、密闭、气室、调节风窗等通风构筑物，成功应用了均压通风防灭火技术，实现了工作面风量、上下煤层风压的动态平衡，防止了风流反向，降低了风流煤尘浓度。结果表明：均压通风防灭火技术提升了工作面风流压力，减少了漏风量，有效抑制了采空区CO气体向回采工作面溢出。

防灭火 均压通风 上隅角 两进一回通风 采空区 一氧化碳气体

据统计，神木县的大柳塔、中鸡、孙家岔、店塔等7个煤田区域存在火灾隐患，这些地区地面裂隙和火点多，房柱式采空区空间大，小煤矿露头火区影响到周边146个煤矿。由于灭火工程投入大、周期长，大部分井工开采的矿井受到周边火区的影响，在短时间内都不能靠灭火解决问题。均压通风是防止因周边火区导致工作面CO超限的一种有效防灭火措施。目前国内学者对均压通风已经进行了大量研究，在U型通风、U+I型通风、U+U型通风和Y型通风工作面应用均压技术，抑制了上部采空区CO涌入本煤层工作面，确保了井下工人安全作业。针对两进一回U型通风工作面，孟清华采用了均压通风技术解决了补连塔煤矿上隅角氧体积分数偏低问题，但是没有考虑工作面进风巷道风流反向的问题；陈万胜等虽然在工作面运输巷道和辅运巷道设置了均压通风机，解决了风流反向的问题，但是却增加了风流中煤尘浓度。本文以板定梁塔煤矿1203回采工作面为研究对象，针对两进一回U型通风工作面的特点，应用均压通风防灭火技术治理上覆房柱式采空区CO气体涌入工作面的问题。

1 工作面概况

板定梁塔煤矿位于陕北侏罗纪煤田，北部以陕蒙边界为界，东北部与活鸡兔井田及朱家沟煤矿相邻。矿井设计生产能力为0.9 Mt/a，主要开采1-2上#、1-2#、2-2#、3-1#煤层, 其中1-2上#煤层和1-2#煤层平均间距为25 m。1-2#煤层布置的1203工作面埋藏深度为100 m，走向长度为739 m，倾向长度为200 m，采用综合机械化一次采全高。工作面煤层赋存比较稳定，煤层厚度为3.7～4.3 m，平均厚度为4.0 m，煤层厚度变化极小。煤层自燃倾向性等级为Ⅰ类，属易自燃煤层。工作面东侧为1201综采工作面采空区，西侧为炮采采空区，上覆煤层已经全部回采完毕。1203工作面设计采用U型负压通风，运输巷道和辅运巷道进风，回风巷道回风。

2 工作面CO超限情况

1201工作面回采过程中，与当时为备采工作面的1203工作面采用了双工作面联合均压通风。1201工作面回采完毕封闭后，1203工作面就切换为负压通风。2016年5月8日，回风井井口CO浓度达到了0.0073%，初步分析认为是风量过小造成的，便采取了加大风量的措施；5月9日CO浓度下降至0.0028%；但在5月10-12日CO浓度又呈上升趋势，达到了0.006%左右；5月13日，安排技术人员排查井下CO涌入点，发现盘区大巷与1201采空区构建的3处密闭CO超限。1203回风巷道和盘区大巷与1201采空区的联络巷共构建了12处密闭，为了分析上煤层采空区内气体浓度，也为了工作面应用均压通风时观测上下煤层的压差，在每处密闭的联络巷口向1-2上#煤层采空区施工了12个探测钻孔(编号1#～12#)，从5月14-20日连续7 d对所有的钻孔上煤层采空区内CO浓度测量1次。上煤层采空区CO浓度变化趋势如图1所示。

从图1可以看出，距离1203工作面切眼位置最近的1#探测钻孔内CO浓度最低，为0.0327%，离切眼越远，越靠近盘区回风大巷的探测钻孔CO浓度越高，12#探测钻孔内CO浓度最高，达到0.126%。每个钻孔内CO浓度在几天内都呈现相对稳定的趋势，而且上部采空区气体温度为常温，说明CO并非是上部采空区煤炭自燃产生的。CO气体浓度高的原因有两个：一是板定梁塔煤矿煤层埋藏浅，上下煤层的采空区与地面出现的裂缝互相贯通，形成了一个漏风通道；另一个是周边的朱家沟煤矿采用了露天剥离的方式对原来房柱式开采残留煤柱进行回采，而1201采空区与朱家沟煤矿直线距离仅为100 m，在负压通风作用下，井田边界露天剥离煤柱自燃产生的有毒有害气体会通过漏风通道涌入1203工作面。因此在1203工作面应用均压通风防灭火技术，可以防止朱家沟煤矿露天剥离煤柱自燃产生的有毒有害气体进入工作面，确保1203工作面的安全回采。

3 工作面均压通风系统的应用

3.1 原理

均压通风是在矿井主要通风机合理运行工况条件下，调整井下风流，改变巷道风压，均衡火区，减少和杜绝漏风，可以惰化或抑制煤炭自然发火。而调节进、回风巷之间的风压主要是利用通风机、风窗、风门等通风设施，通风机选择主要是由工作面风量及风压所定。

3.2 通风机选型

1203工作面的配风量根据矿井通风能力核定标准，依据CH4、CO2涌出量、工作面气温、人数和风速等规定进行计算，然后取其中最大值。

(1)按CH4涌出量计算，工作面绝对瓦斯涌出量为5.02 m3/min，瓦斯涌出量不均匀的备用系数取最大值1.6，则工作面风量为803 m3/min。

(2)按CO2涌出量计算，工作面CO2绝对涌出量为1.3 m3/min，CO2涌出量不均匀的备用系数取最大值1.6，则工作面风量为140 m3/min。

(3)按气象条件计算，根据温度选取采煤工作面风速1.3 m/s，回采工作面平均有效断面19.19 m2，工作面采高调整系数和长度调整系数都取1.2，则工作面风量为1509 m3/min。

(4)按工作面人员需求风量计算，则工作面风量为80 m3/min。

根据回采工作面进、回风巷最低、最高风速可以得出工作面风量的最小值与最大值分别为287 m3/min和4605 m3/min，则1203工作面所需风量应取为1509 m3/min。工作面的风压要求是1000～1600 Pa，综合以上两个条件，选择4台2×55 kW的FBD对旋式轴流局部通风机供风，两用两备。

3.3 均压通风系统的设置

为了在1203工作面应用均压，需要构筑密闭、风门、调节风窗等通风设施，具体位置见图2，由图2可以看出：在辅运巷道与盘区运输大巷交叉口安装4台2×55 kW的局部通风机，并在距电机4 m的位置构建一道带风筒孔口的密闭；在运输巷道与盘区辅运巷道联络巷口安装2台2×11 kW局部通风机，并新建两道密闭，密闭间距3 m，预留胶带通道和行人风门，靠近通风机一侧的密闭还要预留风筒孔口。这样建立的气室不但可以避免运输巷道风流反向，也避免风流吹起胶带上的煤尘，增加了工作面风流中的粉尘浓度，胶带通道处悬挂两道风障，防止工作面通过胶带通道漏风；在辅运巷道和与盘区辅运大巷联络巷以及回风巷道与盘区辅运大巷处新建风门；在回风巷道尾端，回风巷道与盘区运输大巷处新建调节风窗；在回风巷道与回撤通道交叉口安装U型水柱计，可以观测上下煤层的压力差。

图2 均压通风示意图

3.4 防灭火效果分析

通风设施构筑完成后，5月22日启动均压通风机，同时在上、下隅角悬挂风障，防止工作面向采空区漏风，安排专人看管通风机、风门。调节1203工作面的调节风窗，使1203回风巷道风量为1350 m3/min，回风巷道调节风窗两侧的压差为210 Pa，上下煤层U型水柱计读数30 Pa，说明本煤层比上煤层的压力高30 Pa。均压通风系统稳定24 h后，工作面上隅角和回风巷CO读数分别为0.0003%和0.0004%。

工作面回采期间，技术人员每天测量并记录U型水柱计和工作面CO读数。根据记录数据做出工作面上下煤层压差与CO浓度变化图，如图3所示，可以看出上下煤层压差一直保持一个正值，说明测点处的本煤层压力比上煤层的压力高。其中在7月25日的压差最大为48 Pa，是因为当时上隅角CO浓度突然增大，将回风巷道的调节风窗调小、工作面的压力变大引起的。U型水柱计被设置在1203工作面回风巷道末端，依据工作面压力分布规律，判断出从运输巷道到回风巷道整个采煤工作面的压力都是高于上部煤层采空区的压力，有效地防止上部采空区有毒有害气体进入工作面。

1203工作面应用均压通风以来，工作面CO浓度没有超限报警，上隅角CO浓度值最大为0.0013%，正常情况下上隅角和回风巷CO浓度保持在0.0005%左右。

图3 上下煤层压差与CO浓度变化图

4 结论

(1)通过构筑通风机、风门和风窗等通风设施，在两进一回U型通风工作面应用了均压通风，改变了压力分布，控制了漏风，防止了上煤层采空区CO气体的涌入。

(2)利用向上煤层采空区施工探测钻孔，安设套管和U型水柱计，可以直观得出上下煤层的压力差。

(3)均压通风系统的平衡点经常变化，需要根据工作面进尺、工作面的煤尘、矿井主要通风机频率以及工作面CO浓度来调节风窗和风门，控制工作面风量和风压。

(4)根据两进一回工作面的特点，在运输巷道利用局部通风机和两道密闭，设置了一间气室，既防止了风流反向，又避免了扬尘。

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(责任编辑 张艳华)

Application of pressure balancing ventilation for fire prevention and control in work face

Wang Haisheng

(China Coal Technology Engineering Group Chongqing Research Institute, Shapingba, Chongqing 400037, China)

Under the condition of negative pressure ventilation system of main ventilator in 1203 face of Bandingliangta Mine， the CO emission from sealed area of fire leaked into mining face by passageway of air leakage such as ground cracks and gob. According to the characteristics of work face with two intake airways and one return, pressure balancing ventilation could successfully resolve the problem by setting up fans, air doors, air stopping and air regulator, and dynamic balance was realized between the face ventilation supply as well as the air pressures above and under the gob area, and thus preventing the reverse airflow, reducing the coal dust concentration. The results showed that the pressure balancing ventilation for fire prevention and control system could enhance the air pressure of work face and reduce air leakage and prevent CO in gob running over to work face.

fire prevention, pressure balancing ventilation, upper corner, two intake and one return, gob, CO gas

王海生. 两进一回均压通风防灭火技术的应用[J].中国煤炭，2017,43(6)：116-119.WangHaisheng.Applicationofpressurebalancingventilationforfirepreventionandcontrolinworkface[J].ChinaCoal, 2017，43(6):116-119.

TD

A

王海生(1984-)，男，河南邓州人，助理研究员，硕士，2010年毕业于河南理工大学，主要从事煤矿防灭火研究工作。