均压通风技术在采面回风隅角低氧治理中的应用

赵泽鑫

（山西汾西矿业集团柳湾煤矿，山西 孝义 032300）

0 引言

山西某矿开采煤层为近距离煤层群，煤层埋深较浅，采面在回采时采动裂隙容易与上覆采空区、地面裂隙等联通，形成漏风通道。矿井采用抽出式负压通风，在通风负压影响下容易导致本煤层采空区、邻近层采空区等有害气体向回采空间涌出，导致采面瓦斯、一氧化碳超标或者氧气浓度偏低，特别是回风隅角位置氧气浓度偏低问题较为突出，现场测量氧气浓度仅为13%，给煤炭安全回采带来较大威胁。为确保采面生产安全，提出采用在采面采用均压通风技术，现场应用取得较好效果。

1 工程概况

山西某矿5203 综采工作面位于二盘区中部，采面设计走向、倾向长度分别为1 890 m、352 m，设计回采的5#煤层倾角1°～5°，厚度3.9 m，埋深平均180～220 m，采用一次采全高开采方式。5203 综采工作面采用两进一回通风方式。

5203 综采工作面上覆为3# 煤层3201、3203 综采工作面采空区，5# 煤层与3# 煤层层间距在27～42 m，层间岩性以炭质泥岩、砂质泥岩以及粉砂岩为主；3#煤层上覆为2#煤层采空区，2#煤层由于受小煤窑开采破坏影响，煤层不可采且2#煤层内采空区分布位置不详、采空区条件复杂。5203 综采工作面回采期间上覆采空区有害气体向回采空间涌入问题十分突出，导致回风隅角位置氧气浓度偏低。

2 均压通风技术应用

2.1 均压通风技术概述

均压通风技术是通过局部通风机、调节风窗以及风门等通风设施调整采面进、回风巷间风压差，从而降低采空区与漏风点间压差，抑制有害气体向回采空间涌出[1-3]。采用均压通风时保持采面风量不变，具体均压通风示意图见图1 所示，将均压风机安装在进风巷靠近采面一侧并在回风巷内布置调节风窗，从而提高采面内绝对压力[4-5]。

图1 采面均压通风示意图

5203 综采工作面通过均压通风技术，使得采面处于相对封闭的正压状态，具体采用均压通风技术后采面通风系统布置情况见图2 所示。

图2 均压通风技术应用后采面通风系统图

2.2 均压风机型号确定及通风设置布置情况

2.2.1 均压风机型号确定

依据相关标准，5203 综采工作面回采时需风量Q采可通过公式（1）计算[6-8]:

式中：v采为采面正常回采时风速，m/s；S有效为采面正常回采期间有效通风断面积，m2；K采长、K采高分别为采面采长、采高调整系数。

结合5203 综采工作面现场情况计算得到Q采=1 470 m3/min。

5203 综采工作面采用均压通风技术时，采面升压最大值Δh 可通过公式（2）计算：

式中：h 与采面漏风点有关联的主要通风机最大风压值，Pa；h2为采面末端至主要通风机风硐间的最大风压损失，Pa。

5203 综采工作面采用均压通风，采用U 型管测试得到矿井主要通风机最大风压差为1 300 Pa。5203综采工作面末端与主要通风机间通风路线为：5203综采工作面回风联络巷→2 盘区回风大巷→2 盘区回风联络巷→2#煤回风大巷→2#煤回风暗立井→总回风大巷→引风硐。5203 综采工作面末端与主要通风机间通风路线通风阻力可通过公式（3）计算：

式中：α 为通风摩擦阻力系数，N·s2/m4；L 为巷道长度，m；S 为巷道断面积，m3；U 为巷道周长，m；Q 为巷道风量，m3/s。结合采面通风系数现场情况，计算参数及结果见表1 所示。

表1 通风参数及通风阻力计算结果

从表1 得知，h2=492.5 Pa，结合公式（2）求得Δh=807.5 Pa。结合以往通风阻力测定结果，5203 综采工作面最大通风阻力h3=110 Pa，5203 综采工作面采用均压通风时选用的局部通风机通风阻力应大于h3+Δh=917.5 Pa。考虑到5203 综采工作面采用均压通风时，通风系统存在一定的漏风情况，因此选用的局部用风机最大风压应大于917.5 Pa。矿井井下现采用的型号FBCZ-6-NO16/75 局部通风机最大风压为1 340 Pa，通风风压可满足5203 综采工作面均压通风需要，为此5203 综采工作面均压通风选用FBCZ-6-NO16/75 局部通风机，具体该通风机技术参数见表2 所示。

表2 均压风机技术参数

2.2.2 通风设置布置

将局部通风机安装在5203 辅回撤通道与5203辅运巷间距为10 m 位置施工均压风硐，在风硐内安装2 台型号均为FBCZ-6-NO16/75 局部用风机。在5203 辅运巷内装设一组均压自动风门，在均压通风期间风门均处于关闭状态。在5203 主运巷巷口处施工2 道跨带式输送机的密闭墙，厚度均为0.4 m；在5203 移变列车通道位置密闭改造为规格1 m×1 m的调节风窗，便于实现采面通风压差调节。在5203 辅运巷顶头位置布置一个规格1 m×1 m 的调节风窗，以便调节采面压差以及风量。

在5203 综采工作面回采巷道内通过布置上述通风设施，使得采面处于相对密闭的空间。使用均压通风机向采面内供风，同时通过调整5203 回风巷内调节风窗断面调节采面供风量，通过增大采面通风压力、减少采面与采空区间压差，减少采空区内有害气体外溢量。

3 均压通风效果分析

5203 综采工作面内均压通风设置布置完毕后，在2021 年5 月开始进行调试运行，并根据采面现场情况对压差以及通风风量进行优化，依据回风隅角以及回风巷内气体成分确定最佳的压差及风量，实现了均压通风系统可靠运行。开启均压通风机后并调整回风巷内调节风窗开口面积，将调节风窗前后压差控制在500 Pa 左右，使得采面与采空区间压差相近，采面漏风量控制在45 m3/min 以内。

在使用均压通风系统前后，间隔2 h 测定一次回风巷、回风隅角位置气体成分，具体测定的回风隅角位置CO、O2浓度变化情况见图3 所示。在采用均压通风技术前，回风隅角位置φ（CO）在0.002 1%～0.002 7%间、φ（O2）值在11%～15%，采用均压通风技术后回风隅角φ（CO）控制在0.001 0%～0.001 3%，O2浓度值则稳定到20%左右。通过均压通风技术应用，成功解决了采空区有害气体向回采空间大量涌入问题，减少了采面通风系统漏风量。

图3 均压通风系统前后回风隅角CO、O2 浓度变化情况

4 结语

通过采用均压通风技术，改变了采面以及采空区内通风压力分布情况，可大幅减少采空区漏风量，从而有效解决采空区有害气体大幅向回采空间涌出威胁，降低回风隅角以及回风巷内CO 浓度，提高回风隅角位置氧气浓度。在均压通风期间，应结合采面推进情况、大气压力变化情况以及采面内压差、气体成分以及风量变化情况等，调整均压通风系统风量及压差，确保均压通风系统可靠运行。

5203 综采工作面采用均压通风技术后，采面漏风量控制在45 m3/min 以内，回风隅角位置φ（O2）由11%～15%提升至20%左右，φ（CO）由0.002 1%～0.002 7%降至10～13 ppm，现场取得较好应用成果。