复采煤层回采工作面均压通风治理漏风技术

李 阳

（山西焦煤霍州煤电薛虎沟煤业有限公司，山西 河津 043300）

霍州煤电集团河津薛虎沟煤业有限责任公司是一座资源整合矿井，井田南部受原小窑开采影响，地面小窑井口及塌陷裂缝多，存在外部漏风。矿井开采2#煤层为Ⅱ类自燃煤层，工作面漏风[1-2]及煤层自燃成为矿井的一大安全隐患。目前，全国范围内复采煤层工作面为数不多，结合实际情况，决定采用均压通风[3-6]治理回采工作面漏风问题。

1 工作面基本情况

2-109回采工作面地表位于低山黄土丘陵地带，盖山厚度22～174 m。工作面采用一次采全高走向长壁后退式采煤法，全部垮落法处理采空区顶板。工作面贯通后形成一进一回“U”形全负压通风系统，通过对地面小煤窑及塌陷裂缝漏风处及时封堵处理，并对工作面正副两顺槽全断面喷浆堵漏后，工作面仍漏风严重，进风顺槽漏风170 m3/min，切巷漏风345 m3/min，回风顺槽漏风520 m3/min。2-109工作面负压通风示意图如图1。

图1 2-109 工作面负压通风示意图

2 均压通风堵漏风技术原理

在矿井主扇合理工况范围内，利用风窗—风机联合调压手段使均压范围内的流场重新分布，改变回采工作面内高、低压区的相对位置，均衡漏风通道两端压差，使漏风通道内气体不再交换和流动，外部新鲜风流无法通过小窑巷道和采空区携带有毒有害气体扩散到工作面，从而达到封闭小窑巷道、采空区，阻止遗煤发生氧化反应，进而达到防灭火的目的。这是均压堵漏风[5]技术的主要原理。

通风阻力定律：

根据回采工作面生产实际情况，减少漏风只能使Dh →0。通过利用均压通风，减少漏风通道两端压差，使漏风通道两端压力趋于0，成为回采工作面堵漏风最切实可行的办法。

3 均压通风方案的确定[7-10]

3.1 2-109 工作面需风量

根据《煤矿安全规程》第183 条，计算2-109工作面需风量为601 m3/min。

3.2 调压风机选型

（1）风量范围选择

式中：Q出为风筒出口风量，m3/min；Q面为工作面需风量，m3/min；Q返为风筒出口至调压风门方向返回风量，m3/min；S为巷道净断面积，m2。

（2）调压风机风压范围确定

① 工作面最大调压值

式中：△P为漏风通道始末测点风流绝对静压差，Pa；Z1、Z2为始末测点标高，m；ρ1-2为始末测点风流密度平均值，kg/m3；g为重力加速度，取9.8 m/s2；h自为漏风通道自然风压，一般最大为50～100 Pa。

各测点空气密度按下式计算：

式中：P为测点处绝对静压或大气压力，Pa ；t为测点空气温度，℃；PS为温度t时饱和水蒸汽的分压，Pa；Φ为相对湿度，%。

（3）调压风机选型

选择调压风机需要满足：调压风机最小风压=670 Pa ≥h大=328.11 Pa；同时满足（调压风机最小风量+ 最大风量）/2=894.5 m3/min ≥Q出=770.5 m3/min。 为 了 增 加 工 作 面 风 量， 故选FBD №7.1/2×45 kW 的 风 机， 风 压 范 围 为670～1350 Pa，风量为850～939 m3/min。

3.3 测压装置的安设

（1）在进、回风侧调压风门处外风门墙垛上各安设1 台U 形压差计，用于实时监测工作面均压情况。

（2）压差计的一个端口用胶管连接伸入进、回风巷风流稳定区域内，胶管端口方向与风流平行、逆向固定，另一个端口敞开。

（3）水柱计内装过滤水，两液面高度差即为风门内外相对风压差。压差计示值不在调压示值范围时，必须立即查看均压设施的完好情况与水柱计连接管完好状态及水柱计连接管始末端口位置是否正确。

3.4 均压通风设计方案

根据2-109 工作面实际情况，在综合考虑通风系统的合理性、均压通风系统的稳定性和可靠性、现场可操作性、经济性前提下，确定选择工作面风窗—风机联合调压方案，如图2 所示。具体设计为：

图2 2-109 工作面均压通风示意图

（1）在2-1091 巷口5～20 m 处、2-1092 回风联巷5～15 m 处各安设2 道联锁的调压风门。

（2）在南翼辅运巷Ⅲ段距2-1091 巷口20 m处安设2 台调压风机，一用一备；风筒采用10 mm×1000 mm 风筒，总长度根据实际位置确定为50 m，风筒出口距内侧调压风门不大于20 m。

4 均压效果检验分析

4.1 均压通风系统效果检测点布置

根据通风系统选定的测量路线和井下实际情况布置监测点。在选择监测点时，应满足以下要求：

（1）选在前方不少于巷宽3 倍，后方不少于巷宽8 倍；巷道拐角处时，选择断面变化较大的区域，选前方不小于巷宽3 倍、后方不小于巷宽8倍的地点。

（2）监测点前后应保持3 m 以内，巷道应有永久支护，巷道内不得有堆积物。

（3）两个测点之间的压力差：倾斜压差计法测量应不小于10 Pa，气压表测量应不小于20 Pa。

（4）两个监测点之间不应有分风点或汇风点。

根据上述要求，均压通风系统选择的风速、压强监测点分布情况如图3。监测点1 位于2-1091巷调压风门外风门墙垛处，监测点2 位于2-1091巷距调压风门120 m 处，监测点3 位于2-109 工作面下隅角处，监测点4 位于2-109 工作面上隅角处，监测点5 位于2-1092 巷距2-1092 回风联巷20 m 处，监测点6 位于2-1092 回风联巷调压风门外风门墙垛处。

图3 均压通风系统风速、压强监测点

4.2 测量数据分析

采用干湿球温度计分别计量测点两端风流的干湿温度，用空盒气压计测量两端绝对压力。将所测干湿球温度、大气压力、风速、倾斜压差计读数分别记录，根据所测风速及巷道断面积，2-109 工作面风量分布如图4。采用压差计法测量沿程压差数据，根据关键测点干湿温度，结合式（4）计算得关键测点空气密度值及动压值，根据上述数据绘制2-109 回采工作面压力坡度线如图5。

图4 采取均压措施后风量分布图

图5 2-109 回采工作面压力坡度线

根据上述数据可以看出，采取均压措施前，2-109工作面2-1091 巷漏风170 m3/min，切巷漏风345 m3/min，2-1092 巷漏风520 m3/min。工作面采取风机-风窗联合均压技术后，经现场实测，2-1091 巷漏风量33 m3/min，切巷漏风量由345 m3/min 减少至87 m3/min，2-1092 巷漏风量由520 m3/min 减少至56 m3/min，2-109 工作面上下端头压差为60 Pa。与采取均压系统前相比，工作面漏风情况得到明显改善，极大地减少了小窑巷道、采空区向本工作面漏风量，保证了工作面的安全、高效回采。

5 结语

运用回采工作面均压通风技术解决了薛虎沟矿2#浅埋藏复采煤层回采工作面的漏风问题，通过理论研究、现场实践和检验，确定了用于堵漏风的均压通风方法，并在实际应用过程中，随着工作面的不断推进，利用调压风窗调节工作面进回风巷两端的风压差，进而减小工作面外部漏风量。此项技术的研究应用不仅能够解决回采工作面漏风问题，还能够解决因漏风带来的通风系统不稳定及防灭火等问题，保证矿井通风安全，也为类似矿井解决回采工作面堵漏风问题提供借鉴。