煤矿综采工作面均压通风防灭火技术分析

（山西凌志达煤业有限公司 山西 046600）

按照引火热源不同可将煤矿矿井火灾分为自燃火灾和外源火灾两大类，其中自燃火灾又称为内因火灾，主要指易燃易氧化的煤炭在热量聚集达到燃点后发生的火灾。统计结果显示，煤矿自燃火灾多发生在巷道煤柱、地质构造区、采空区等岩体破碎，空气中氧气含量丰富的区域。自燃火灾发生的特征包括：初期火势蔓延缓慢，着火点隐蔽，早期不易发现，一旦起燃难以快速灭火，现实中多采用注浆或封闭的方式处理自燃火灾。近年来，煤矿采用均压通风技术达到防灭火目的，该项技术在科学规划风网的基础上，可保持主要通风机的正常运行，通过调整井下风流，达到改变风压分布的目的，进而实现着火区进风和回风之间的风压差，在着火点或者着火区域实现空气的静止，隔绝或者阻断氧气供给，实现火灾的控制。

1.均压通风防灭火技术

统计结果显示，在煤炭生产过程中，煤炭自燃是主要的危害之一，大部分的煤矿火灾都是由煤炭自燃引起的。与此同时，在煤矿中多采用综采工作面，煤炭开采过程中产生很多直达地表的裂缝，导致地面和采空区连通，漏风问题严重，与此同时，采空区煤炭粉碎性较高，埋下了巨大的煤炭自燃隐患。

(1)均压通风防灭火技术原理

分析均压通风防灭火技术的原理，关键在于科学搭配风机和风窗等设备，通过对漏风区域空气压力的调整，控制漏风风压，达到抑制煤炭燃烧的目的，更进一步的可使着火区惰化，实现灭火。

(2)均压通风防灭火技术分类

①边眼畅通均压法。为快捷的实现掘进期间的煤炭运输，部分煤矿企业常在工作面附近设置边眼，在回采结束后，应对工作面进行封闭，最大程度降低运料巷口的压差，减少或者控制采空区漏风情况。②预埋管路导风均压防火法。作为一种主动式的防灭火方式，预埋管路导风均压防火法通常预埋一条或者多条消防管路，消防管路的位置都选择在运输巷一停采线一运料巷间，并在第2道永久防火壁墙砌筑消防管路端头。在防火墙保持完整的情况下，从煤层裂缝中漏出的风量，绝大部分会通过消防管路流走。通过这一方式，可在采空区两端实现均压。③设置调节风门均压法。主要解决采空区并联漏风问题，该项均压技术可在工作面停采之后，保证一定量的回流风量，控制采煤工作面的瓦斯浓度，通过科学调节工作面两端的风力压差，对采矿区的漏风情况进行控制。④全负压通风改为正压通风法。在撤除工作面运输巷的设备后，建议立即对运输项进行封闭，并在合适的位置设置局部通风机，局部通风机的风筒连接至工作面拆架处，目的在于实现正压通风，达到减少采空区漏风的目的。⑤风窗与风机联合均压。在采空区后部漏风严重的情况下，可采用风窗与风机联合均压。一般的做法是在进风巷设置通风机，并在回风巷内使用调节风窗，木垛的设置可充分利用工作架拆除之后余留的空间，应注意的是使用该种方式，需加强进风侧的防灭火控制技术。

2.防灭火措施应用

为更加具体的论述煤矿综采工作面的均压通风防灭火技术，本文以典型的三巷布置工作面为例进行探讨。本次通风系统使用两进一回U型通风，进风包括辅运顺槽进风和胶运顺槽进风，回风主要指顺槽回风。

本次开采煤层的平均厚度为4.2m，设计开采高度为3.8m，工作面宽为200m，工作面埋深在18～155m之间，走向推进1900m，综采工作面对应的地表无河流和水库，但对应有一条小型冲沟，小型冲沟斜长330m，与综采工作面垂直距离260m。该工作面于2019年3月至2019年11月进行开采，在掘进过程中，当推进至230m左右时，发现上覆岩层出现裂缝，工作面采空区与地面出现漏风，导致综采工作面内部气流紊乱。为此现场施工人员采用均压通风技术，在综采工作面辅运顺槽处安装一组风门，同时在胶运顺槽处安装一道风窗，两组局部通风机的功率分别为75kW和55kW，风筒设计直径800mm。在此情况下，控制工作面回风量在1500m3/min，工作面进风量为1300m3/min，两端压差控制在65Pa。

更进一步的，为提升综采工作面的安全系数补充如下的技术措施：首先，增大局部风机功率，使用75kW替换55kW局部风机，增加空气供给量，进一步降低两端压差，减少采空区的漏风情况。其次，建议在胶运顺槽处增加一道风窗。最后，组织施工队伍对采空区上覆岩层裂缝进行堵漏，进一步降低采空区的漏风问题，设置专人测定工作面的风量，一旦发现漏风情况及时报告。

现场施工人员在采取上述措施后，重新测定进风量和回风量，得到最小进风量为1310m3/min，最大回风量为1360m3/min，采空区的漏风情况得到控制，压差小于65Pa。

本次综采工作面均压通风防灭火技术方案，还包括以下技术措施，分别论述如下。

（1）通风管理。建议在工作面中悬挂红色飘带，红色飘带的主要作用是指示风量和风向。工作人员可根据红色飘带的状态，掌握工作面内的通风情况。如发现通风量急剧下降，或者出现风流逆转情况，应立刻通知工作面内的工作人员撤离。与此同时可安排专人测量工作面的风量，对于漏风急剧上升的情况，应及时发出警告。

与之对应的，建议综采工作队提升回采率，降低采空区煤炭遗落，提升回采速度。另一方面应及时构筑通风设备设施，保证均压通风技术手段落实到位，消除易燃区的氧气供应，保证均压通风系统稳定可靠运行。

（2）黄泥灌浆防灭火。可在煤矿开采位置设置灌浆系统，固定黄泥灌浆系统灌浆能力应在60～90m3/h范围内。灌浆线路应沿着工作面的回风顺槽和辅运顺槽敷设，并经过机尾处和防火墙措施孔流入采空区。建议使用预防性灌浆措施，当采空区的一氧化碳浓度或者甲烷浓度高于设定值时，可开启灌浆。

（3）注氮防灭火。注氮防灭火措施主要是在胶辅运顺槽内，使用管路连接，在管路完好情况下，可借助防火墙的措施口注入氮气。可在采空区封闭后注入氮气，或者是检测一氧化碳浓度或甲烷浓度高于设定值后，向采空区易氧化、易燃区域提前注入氮气，采空区氧气浓度低于7%后，可停止氮气的注入。

（4）阻化剂防灭火。本次设计的综采工作面切眼长度为200m，设计阻化泵有效距离为570m，移动式阻化泵可设置在胶运顺槽移动列车的第三和第四节，从机头至机尾使用高压管敷设，每隔10m设置一个喷洒阀门。喷洒的重点位置应是煤炭易发生自燃的位置，通常情况下为巷道煤桩破损处和工作面的上下口，应注意喷洒的均匀程度，阻化剂的喷洒量可结合丢煤量和丢煤稀液量确定。

在本次论文设计的综采工作面中，阻化剂喷洒的范围包括机头和机尾30m范围，每次喷洒不低于80kg阻化剂，浓度应高于20%。如检测到综采工作面一氧化碳浓度超标，阻化剂应扩大喷洒范围，建议从机头喷洒至机尾，喷洒量应高于150kg。

（5）预测预报工作。在综采工作面中使用安全监测监控系统，应重点监测工作面回风，回风顺槽盒上隅角等位置，其中一氧化碳浓度传感器可在风压混合处10～15m范围内设置。设置一氧化碳浓度传感器，重点监测易燃气体浓度提前预报。束管监测系统主要分析综采工作面中的气体组份，通过抽取关键区域的气样，对容易发生自燃的区域进行提前预报，避免火灾发生。有条件的煤矿企业应安装机载甲烷断电仪，建议记载甲烷断电仪的设置参数为，甲烷报警浓度0.8%，甲烷断电浓度1.2%，复电浓度0.8%，断电仪的断电范围必须包括采煤机，每15天进行一次试验检测断电仪是否正常工作。风机开停声光报警装置可设置在综采工作面转载机，该装置能够辅助现场施工人员，掌握风机运行状况。光纤测温系统主要分析综采工作面内的温度变化，可在回风顺槽处敷设光缆，科学设置采样间隔，结合监测系统与人工采样分析两种方式。工作人员每天至少使用红外测温仪，对采空区和综采工作面进行温度测量，结合历史数据，指出温度异常现象。

（6）风机安装。综采工作面均压通风技术中使用的均压风机应配置专用供电线路，主风机电源应与工作面电源实现双风机双电源的自动切换，并使用开关闭锁装置。一套变压器最多可搭配4套不同的风机供电系统，备用风机供电去使用另一电源，在主变压供电出现故障时，备用风机能够自动启动，保证通风。

3.应用效果分析

结合上文中提到的综采工作面均压通风防灭火技术，我公司于2020年7月至8月份对比分析，使用均压系统前后的气体涌出情况，结果发现：采用均压通风防灭火系统后，头尾压差始终控制在合理范围内，综采工作面漏风量控制在5%以内，基本杜绝了上覆岩层的有害气体下泄问题，解决了上隅角有害气体超限问题，降低了综采工作面的遗煤自燃概率，有效保证了煤炭的安全采掘，对于提升煤炭企业的经济效益和社会效益发挥了积极而重要的作用。

4.结语

作为我国煤矿开采中的主要自然灾害，煤炭自燃是我国重点煤矿，矿井火灾事故的主要原因之一。近年来随着综放开采技术的提升和大规模应用，矿井的生产效率和煤炭资源的综合开发效率大大提升。与此同时，该项技术在使用过程中存在采空区遗留残煤多，冒落高度大，漏风严重等问题，在一定程度上提升了自燃的概率，制约了煤矿的安全生产。本文重点探讨了均压通风防灭火技术的原理和应用中应注意的问题，对于改善和提升综合采工作面防灭火能力具有重要的借鉴意义。