塔山煤矿30507综放工作面均压通风系统设计

文/姜 军

均压通风是采取通风技术措施，调节漏风风路两端的风压差，控制漏风方向及漏风量，从而改变采空区漏风现象，使之减小或趋于零，达到抑制采空区中遗留煤炭自燃和防止瓦斯在巷道和采煤工作面聚集的目的。中煤大同能源塔山煤矿针对30507综放工作面CO浓度、温度、自然发火的规律特点，基于均压通风防灭火技术原理，经过对30507综放工作面均压风量进行计算和对通风机设备准确选型，构建了均压通风系统，均压通风技术应用效果显著，实现了安全回采，为类似条件煤矿提供了参考与借鉴。

一、概况

1.30507工作面基本情况

塔山煤矿30507综采工作面位于+1045m水平三盘区，工作面上部为10205、10207采空区，层间距4～6m，西部为30509采空区，煤柱8m。工作面处于3#～5#煤层，上覆侏罗系煤层与3#～5#层间距约250m左右，是石炭系太原组3#～5#煤层第五个工作面。采用走向长壁综采放顶煤回采工艺，工作面回采长1666.94m，倾向长193m，回采面积321719.4m2，由东北向西南方向推进，西侧布置回风顺槽，东侧布置胶带顺槽，均沿煤层底板布置。

30507胶带顺槽与1045皮带大巷连接，与1045辅运大巷通过辅运联巷相连接。30507回风顺槽与1045回风大巷通过回风绕道相连接，与1045辅运大巷通过辅运联巷相连接。胶带顺槽、回风顺槽均铺设三根ф12mm火灾束管，胶带顺槽布置ф114mm注氮管路三趟，回风顺槽布置ф159mm注浆管路一趟、阻化剂喷洒泵一套。

2.矿井通风概况

塔山煤矿采用中央分列式通风方式，主平硐和副平硐进风，设有回风斜井进行回风，配有2台FBCDZNO.34/2×800型矿用对旋防爆变频轴流式通风机，功率2×800kW，叶片角度-3°，1台工作，1台备用。工作方法为负压抽出式。目前矿井总进风量为11778m3/min，总回风量为11925m3/min，负压为1050Pa。现全矿共有一个综放工作面（30507综放工作面），两个掘进工作面（30517胶带顺槽和30517回风顺槽）。矿井具备完整的独立通风系统，通风设施安全可靠，各用风点风量充足、风流稳定，全矿井无无风、微风作业现象。

2021年经鉴定为低瓦斯矿井。矿井绝对瓦斯涌出量为4.00m3/min，相对涌出量为0.70m3/t，采面最大绝对瓦斯涌出量为2.01m3/min，掘进面最大绝对瓦斯涌出量为0.18m3/min。矿井无瓦斯抽放系统，无瓦斯异常涌出情况。经山西省煤矿设备安全技术检测中心鉴定，3#～5#煤层自燃倾向性为Ⅱ级，属自燃煤层，具有煤尘爆炸性。经河南理工大学实验室鉴定，3#～5#煤层最短自燃时间为56天。

二、均压通风技术措施

30507工作面设计采用综采放顶煤开采工艺，开采强度大，放顶煤后顶板冒落下沉，上覆2#煤层采空区塌陷与30507工作面采空区通连，同时与上覆侏罗系老空区裂隙连接，形成漏风通道，在矿井负压作用下，使上覆老空区有害气体涌向本工作面，影响煤矿安全生产。为了确保30507工作面安全回采，决定采用均压通风设计，治理气体异常涌出情况。工作面回采时，当班瓦检员对工作面的进回风巷的风量定时定点测量，并对工作面上隅角、头、中、尾、下隅角及回风流的CO2、CH4、O2、CO浓度指标进行测定，采取措施及时进行治理，确保安全回采。

三、风量计算与通风机选型

1.风量计算

30507采煤工作面风量应按瓦斯、二氧化碳涌出量、工作面现场气象条件、风速及风量，根据工作面最多人数进行计算，取最大值用风速验算。

（1）按现场气象条件计算。

式中：

Qcf—采煤工作面实际需要风量，m3/min；

Vcf—30507采煤工作面适宜风速，取1.0m/s（见表1）；

表1 采煤工作面空气温度与风速

Scf—30507采煤工作面有效断面积，取23.48m2；

Kch—30507采煤工作面采高风量调整系数，取1.2（见表2）；

表2 采煤工作面采高风量调整系数

Kcl—30507采煤工作面长度风量调整系数，取1.2（见表3）。

表3 采煤工作面长度风量调整系数

工作面最大控顶距为6.579m，最小控顶距为5.779m，采高为3.8m，平均有效断面积Scf=（6.579+5.779）/2×3.8=23.48m2。

（2）按瓦斯涌出量计算。

式中：

Qcf—采煤工作面实际需要风量，m3/min；

qcg—回采最大瓦斯绝对涌出量，取2.01m3/min；

Kcz—采煤工作面瓦斯涌出量不均衡系数，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）按工作面人员数量计算。

式中：

Q采—采煤工作面需要风量，m3/min；

4—每人每分钟供给的最低风量；

N采—根据《煤矿井下单班作业人数限员规定（试行）》规定，工作面同时工作的最多人数，取30人。

（4）按CO2涌出量计算。

式中：

Qcc—2021年度瓦斯等级鉴定综采工作面回风巷风流平均二氧化碳绝对涌出量为2.16m3/min，故取2.16m3/min。

（5）煤矿用防爆柴油动力装置所需风量。

使用煤矿用防爆柴油动力无轨胶轮运输车进行车辆行驶巷道供风量计算，同时还应当设定最多运输车辆数增加巷道配风量，配风量不小于4m3/min。

式中：

Qdl—使用煤矿用防爆型柴油动力装置机车巷道需风量，m3/min；

Ndl—该地点煤矿用无轨运输车台数，取1台；

Pdl—该地点煤矿用无轨运输车功率，取110kW；

4—每千瓦每分钟供给的最低风量，m3/min。

kdl—配风系数，该区域使用1台煤矿用无轨运输车运输，Kdl设为1。该区域使用2台煤矿用无轨运输车运输，Kdl设为0.75；该区域使用3台或以上煤矿用无轨运输车运输，Kdl设为0.5。

上述计算最大值为1495m3/min，根据《煤矿矿井风量计算方法》（MT/T634-2019）要求，行驶车辆巷道的供风量应当按同时运行的最多车辆增加巷道配风量，因此，30507工作面行使车辆不得超过3辆车。

（6）按风速进行计算。

①计算最小风量。

式中：

Scb—采煤工作面最大控顶有效断面积，m2；

Lcb—采煤工作面最大控顶距，取6.579m；

hcf—采煤工作面实际采高，取3.8m；

②验算最大风量。

式中：

Scs—采煤工作面最小控顶有效断面积，m2；

Lcs—采煤工作面最小控顶距，取5.779m；

hcf—采煤工作面实际采高，取3.8m；

经验算，262.5m3/min≤Q采≤3688.8m3/min，风量合理。根据以上计算，确定30507综放工作面实际需风量为：1495m3/min。

2．均压风机选型

30507工作面配风量为1495m3/min，考虑均压设施巷道调节设施最大漏风300m3/min，胶带顺槽均压风门最大漏风800m3/min，累计最大漏风量1100m3/min，均压风机吸风量必须大于2600m3/min，所以方案选用8台FBDNO.8.0/2×75kW对旋轴流式风机并联运行，单台风机吸风量为1010m3/min，效率为90%，理论供风能力为3636m3/min，能够满足通风要求。工作面均压系统启动后，预计进风顺槽风量在2200～2300m3/min，回风风量在2300～2400m3/min左右。

四、均压通风设施安装

1.通风机及风门安装

在30507工作面均压硐室内距巷口30m处，施工一道600mm厚调节设施，并埋设4趟Φ1000mm的硬质风筒，硬质风筒穿过调节设施。在均压硐室内安装8台FBDNO.8.0/2×75kW对旋轴流式局部通风机，3主5备，使用风筒分流器与调节设施的软质风筒连接，用于为工作面均压通风系统供风。在30507胶带顺槽均压硐室与回风绕道之间构筑3道均压风门，规格尺寸为2.8×2.8m，间距为12m；在回风顺槽停采线以南安装3道均压调节风门，规格尺寸为4.3×3.3m，间距为15m。将30507胶带顺槽巷内3道均压风门跨皮带处安装挡风装置，并将所有风门墙体侧帮的管线、排水沟、电缆孔等漏风处进行严密封堵。在30507胶带顺槽、30507回风顺槽、30507回风顺槽联巷自动风门外安装压力传感器及U型水柱压差计，实时监测校对均压风门内外压差。

2.报警传感器安装

在30507工作面上隅角及回风流安设CH4传感器，所有CH4传感器的报警值均设置为≥0.8%，上隅角、工作面CH4传感器的断电值为≥1.2%，复电值全部为＜0.8%，断电范围为30507工作面的进、回风巷道内所有非本质安全型电气设施设备。在30507工作面安装一台O2传感器，O2传感器报警值为≤18.5%。在30507工作面上隅角、工作面各安装一台CO传感器，报警值均为≥24PPM。在30507工作面进、回风顺槽测风站安装风速传感器实时监测工作面风速及风量。在均压硐室内，工作面头、中、尾、设备列车操作台以及回风巷间隔200m处安装一台风机开停声光语音报警装置，实现与8台均压风机全部连锁。

3.水柱压差计安设

工作面实施均压前，在两顺槽距工作面200米位置向上覆2#煤层采空区施工钻孔，通风管理单位利用该钻孔测定上覆采空区风压差，在钻孔区域安设水柱压差计测压，同时观测上覆采空区气体变化和上下层之间的压差，并对钻孔内的气体取样分析，查明上覆采空区内的气体状况，为30507工作面调压提供依据。

五、结语

塔山煤矿采用均压通风设计，保证了30507工作面安全回采。

（1）30507工作面进、回风顺槽内通过向上覆采空区钻孔测压观测上下层的压差信息，保证经过调压后30507工作面与上覆采空区上下层压差平衡，通过计算得出确定30507工作面进风不低于1495m3/min。

（2）30507后退式回采工作面，通风系统风压不同，影响采空区空气流动，通过安装8台FBDNO.8.0/2×75kW对旋轴流式局部通风机，3主5备，用于为工作面均压通风系统供风，确保风压平衡。

（3）加强工作面采空区防灭火监测，发现采空区出现CO气体持续上升或乙烯、乙炔等自然发火标志性气体，采取措施及时进行治理，确保安全回采。