煤礦綜采工作面均壓通風(fēng)防滅火技術(shù)分析

（山西凌志達(dá)煤業(yè)有限公司 山西 046600）

按照引火熱源不同可將煤礦礦井火災(zāi)分為自燃火災(zāi)和外源火災(zāi)兩大類，其中自燃火災(zāi)又稱為內(nèi)因火災(zāi)，主要指易燃易氧化的煤炭在熱量聚集達(dá)到燃點(diǎn)后發(fā)生的火災(zāi)。統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，煤礦自燃火災(zāi)多發(fā)生在巷道煤柱、地質(zhì)構(gòu)造區(qū)、采空區(qū)等巖體破碎，空氣中氧氣含量豐富的區(qū)域。自燃火災(zāi)發(fā)生的特征包括：初期火勢(shì)蔓延緩慢，著火點(diǎn)隱蔽，早期不易發(fā)現(xiàn)，一旦起燃難以快速滅火，現(xiàn)實(shí)中多采用注漿或封閉的方式處理自燃火災(zāi)。近年來，煤礦采用均壓通風(fēng)技術(shù)達(dá)到防滅火目的，該項(xiàng)技術(shù)在科學(xué)規(guī)劃風(fēng)網(wǎng)的基礎(chǔ)上，可保持主要通風(fēng)機(jī)的正常運(yùn)行，通過調(diào)整井下風(fēng)流，達(dá)到改變風(fēng)壓分布的目的，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)著火區(qū)進(jìn)風(fēng)和回風(fēng)之間的風(fēng)壓差，在著火點(diǎn)或者著火區(qū)域?qū)崿F(xiàn)空氣的靜止，隔絕或者阻斷氧氣供給，實(shí)現(xiàn)火災(zāi)的控制。

1.均壓通風(fēng)防滅火技術(shù)

統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，在煤炭生產(chǎn)過程中，煤炭自燃是主要的危害之一，大部分的煤礦火災(zāi)都是由煤炭自燃引起的。與此同時(shí)，在煤礦中多采用綜采工作面，煤炭開采過程中產(chǎn)生很多直達(dá)地表的裂縫，導(dǎo)致地面和采空區(qū)連通，漏風(fēng)問題嚴(yán)重，與此同時(shí)，采空區(qū)煤炭粉碎性較高，埋下了巨大的煤炭自燃隱患。

(1)均壓通風(fēng)防滅火技術(shù)原理

分析均壓通風(fēng)防滅火技術(shù)的原理，關(guān)鍵在于科學(xué)搭配風(fēng)機(jī)和風(fēng)窗等設(shè)備，通過對(duì)漏風(fēng)區(qū)域空氣壓力的調(diào)整，控制漏風(fēng)風(fēng)壓，達(dá)到抑制煤炭燃燒的目的，更進(jìn)一步的可使著火區(qū)惰化，實(shí)現(xiàn)滅火。

(2)均壓通風(fēng)防滅火技術(shù)分類

①邊眼暢通均壓法。為快捷的實(shí)現(xiàn)掘進(jìn)期間的煤炭運(yùn)輸，部分煤礦企業(yè)常在工作面附近設(shè)置邊眼，在回采結(jié)束后，應(yīng)對(duì)工作面進(jìn)行封閉，最大程度降低運(yùn)料巷口的壓差，減少或者控制采空區(qū)漏風(fēng)情況。②預(yù)埋管路導(dǎo)風(fēng)均壓防火法。作為一種主動(dòng)式的防滅火方式，預(yù)埋管路導(dǎo)風(fēng)均壓防火法通常預(yù)埋一條或者多條消防管路，消防管路的位置都選擇在運(yùn)輸巷一停采線一運(yùn)料巷間，并在第2道永久防火壁墻砌筑消防管路端頭。在防火墻保持完整的情況下，從煤層裂縫中漏出的風(fēng)量，絕大部分會(huì)通過消防管路流走。通過這一方式，可在采空區(qū)兩端實(shí)現(xiàn)均壓。③設(shè)置調(diào)節(jié)風(fēng)門均壓法。主要解決采空區(qū)并聯(lián)漏風(fēng)問題，該項(xiàng)均壓技術(shù)可在工作面停采之后，保證一定量的回流風(fēng)量，控制采煤工作面的瓦斯?jié)舛龋ㄟ^科學(xué)調(diào)節(jié)工作面兩端的風(fēng)力壓差，對(duì)采礦區(qū)的漏風(fēng)情況進(jìn)行控制。④全負(fù)壓通風(fēng)改為正壓通風(fēng)法。在撤除工作面運(yùn)輸巷的設(shè)備后，建議立即對(duì)運(yùn)輸項(xiàng)進(jìn)行封閉，并在合適的位置設(shè)置局部通風(fēng)機(jī)，局部通風(fēng)機(jī)的風(fēng)筒連接至工作面拆架處，目的在于實(shí)現(xiàn)正壓通風(fēng)，達(dá)到減少采空區(qū)漏風(fēng)的目的。⑤風(fēng)窗與風(fēng)機(jī)聯(lián)合均壓。在采空區(qū)后部漏風(fēng)嚴(yán)重的情況下，可采用風(fēng)窗與風(fēng)機(jī)聯(lián)合均壓。一般的做法是在進(jìn)風(fēng)巷設(shè)置通風(fēng)機(jī)，并在回風(fēng)巷內(nèi)使用調(diào)節(jié)風(fēng)窗，木垛的設(shè)置可充分利用工作架拆除之后余留的空間，應(yīng)注意的是使用該種方式，需加強(qiáng)進(jìn)風(fēng)側(cè)的防滅火控制技術(shù)。

2.防滅火措施應(yīng)用

為更加具體的論述煤礦綜采工作面的均壓通風(fēng)防滅火技術(shù)，本文以典型的三巷布置工作面為例進(jìn)行探討。本次通風(fēng)系統(tǒng)使用兩進(jìn)一回U型通風(fēng)，進(jìn)風(fēng)包括輔運(yùn)順槽進(jìn)風(fēng)和膠運(yùn)順槽進(jìn)風(fēng)，回風(fēng)主要指順槽回風(fēng)。

本次開采煤層的平均厚度為4.2m，設(shè)計(jì)開采高度為3.8m，工作面寬為200m，工作面埋深在18～155m之間，走向推進(jìn)1900m，綜采工作面對(duì)應(yīng)的地表無河流和水庫，但對(duì)應(yīng)有一條小型沖溝，小型沖溝斜長330m，與綜采工作面垂直距離260m。該工作面于2019年3月至2019年11月進(jìn)行開采，在掘進(jìn)過程中，當(dāng)推進(jìn)至230m左右時(shí)，發(fā)現(xiàn)上覆巖層出現(xiàn)裂縫，工作面采空區(qū)與地面出現(xiàn)漏風(fēng)，導(dǎo)致綜采工作面內(nèi)部氣流紊亂。為此現(xiàn)場施工人員采用均壓通風(fēng)技術(shù)，在綜采工作面輔運(yùn)順槽處安裝一組風(fēng)門，同時(shí)在膠運(yùn)順槽處安裝一道風(fēng)窗，兩組局部通風(fēng)機(jī)的功率分別為75kW和55kW，風(fēng)筒設(shè)計(jì)直徑800mm。在此情況下，控制工作面回風(fēng)量在1500m3/min，工作面進(jìn)風(fēng)量為1300m3/min，兩端壓差控制在65Pa。

更進(jìn)一步的，為提升綜采工作面的安全系數(shù)補(bǔ)充如下的技術(shù)措施：首先，增大局部風(fēng)機(jī)功率，使用75kW替換55kW局部風(fēng)機(jī)，增加空氣供給量，進(jìn)一步降低兩端壓差，減少采空區(qū)的漏風(fēng)情況。其次，建議在膠運(yùn)順槽處增加一道風(fēng)窗。最后，組織施工隊(duì)伍對(duì)采空區(qū)上覆巖層裂縫進(jìn)行堵漏，進(jìn)一步降低采空區(qū)的漏風(fēng)問題，設(shè)置專人測定工作面的風(fēng)量，一旦發(fā)現(xiàn)漏風(fēng)情況及時(shí)報(bào)告。

現(xiàn)場施工人員在采取上述措施后，重新測定進(jìn)風(fēng)量和回風(fēng)量，得到最小進(jìn)風(fēng)量為1310m3/min，最大回風(fēng)量為1360m3/min，采空區(qū)的漏風(fēng)情況得到控制，壓差小于65Pa。

本次綜采工作面均壓通風(fēng)防滅火技術(shù)方案，還包括以下技術(shù)措施，分別論述如下。

（1）通風(fēng)管理。建議在工作面中懸掛紅色飄帶，紅色飄帶的主要作用是指示風(fēng)量和風(fēng)向。工作人員可根據(jù)紅色飄帶的狀態(tài)，掌握工作面內(nèi)的通風(fēng)情況。如發(fā)現(xiàn)通風(fēng)量急劇下降，或者出現(xiàn)風(fēng)流逆轉(zhuǎn)情況，應(yīng)立刻通知工作面內(nèi)的工作人員撤離。與此同時(shí)可安排專人測量工作面的風(fēng)量，對(duì)于漏風(fēng)急劇上升的情況，應(yīng)及時(shí)發(fā)出警告。

與之對(duì)應(yīng)的，建議綜采工作隊(duì)提升回采率，降低采空區(qū)煤炭遺落，提升回采速度。另一方面應(yīng)及時(shí)構(gòu)筑通風(fēng)設(shè)備設(shè)施，保證均壓通風(fēng)技術(shù)手段落實(shí)到位，消除易燃區(qū)的氧氣供應(yīng)，保證均壓通風(fēng)系統(tǒng)穩(wěn)定可靠運(yùn)行。

（2）黃泥灌漿防滅火?？稍诿旱V開采位置設(shè)置灌漿系統(tǒng)，固定黃泥灌漿系統(tǒng)灌漿能力應(yīng)在60～90m3/h范圍內(nèi)。灌漿線路應(yīng)沿著工作面的回風(fēng)順槽和輔運(yùn)順槽敷設(shè)，并經(jīng)過機(jī)尾處和防火墻措施孔流入采空區(qū)。建議使用預(yù)防性灌漿措施，當(dāng)采空區(qū)的一氧化碳濃度或者甲烷濃度高于設(shè)定值時(shí)，可開啟灌漿。

（3）注氮防滅火。注氮防滅火措施主要是在膠輔運(yùn)順槽內(nèi)，使用管路連接，在管路完好情況下，可借助防火墻的措施口注入氮?dú)狻？稍诓煽諈^(qū)封閉后注入氮?dú)?，或者是檢測一氧化碳濃度或甲烷濃度高于設(shè)定值后，向采空區(qū)易氧化、易燃區(qū)域提前注入氮?dú)?，采空區(qū)氧氣濃度低于7%后，可停止氮?dú)獾淖⑷搿?/p>

（4）阻化劑防滅火。本次設(shè)計(jì)的綜采工作面切眼長度為200m，設(shè)計(jì)阻化泵有效距離為570m，移動(dòng)式阻化泵可設(shè)置在膠運(yùn)順槽移動(dòng)列車的第三和第四節(jié)，從機(jī)頭至機(jī)尾使用高壓管敷設(shè)，每隔10m設(shè)置一個(gè)噴灑閥門。噴灑的重點(diǎn)位置應(yīng)是煤炭易發(fā)生自燃的位置，通常情況下為巷道煤樁破損處和工作面的上下口，應(yīng)注意噴灑的均勻程度，阻化劑的噴灑量可結(jié)合丟煤量和丟煤稀液量確定。

在本次論文設(shè)計(jì)的綜采工作面中，阻化劑噴灑的范圍包括機(jī)頭和機(jī)尾30m范圍，每次噴灑不低于80kg阻化劑，濃度應(yīng)高于20%。如檢測到綜采工作面一氧化碳濃度超標(biāo)，阻化劑應(yīng)擴(kuò)大噴灑范圍，建議從機(jī)頭噴灑至機(jī)尾，噴灑量應(yīng)高于150kg。

（5）預(yù)測預(yù)報(bào)工作。在綜采工作面中使用安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)，應(yīng)重點(diǎn)監(jiān)測工作面回風(fēng)，回風(fēng)順槽盒上隅角等位置，其中一氧化碳濃度傳感器可在風(fēng)壓混合處10～15m范圍內(nèi)設(shè)置。設(shè)置一氧化碳濃度傳感器，重點(diǎn)監(jiān)測易燃?xì)怏w濃度提前預(yù)報(bào)。束管監(jiān)測系統(tǒng)主要分析綜采工作面中的氣體組份，通過抽取關(guān)鍵區(qū)域的氣樣，對(duì)容易發(fā)生自燃的區(qū)域進(jìn)行提前預(yù)報(bào)，避免火災(zāi)發(fā)生。有條件的煤礦企業(yè)應(yīng)安裝機(jī)載甲烷斷電儀，建議記載甲烷斷電儀的設(shè)置參數(shù)為，甲烷報(bào)警濃度0.8%，甲烷斷電濃度1.2%，復(fù)電濃度0.8%，斷電儀的斷電范圍必須包括采煤機(jī)，每15天進(jìn)行一次試驗(yàn)檢測斷電儀是否正常工作。風(fēng)機(jī)開停聲光報(bào)警裝置可設(shè)置在綜采工作面轉(zhuǎn)載機(jī)，該裝置能夠輔助現(xiàn)場施工人員，掌握風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀況。光纖測溫系統(tǒng)主要分析綜采工作面內(nèi)的溫度變化，可在回風(fēng)順槽處敷設(shè)光纜，科學(xué)設(shè)置采樣間隔，結(jié)合監(jiān)測系統(tǒng)與人工采樣分析兩種方式。工作人員每天至少使用紅外測溫儀，對(duì)采空區(qū)和綜采工作面進(jìn)行溫度測量，結(jié)合歷史數(shù)據(jù)，指出溫度異?，F(xiàn)象。

（6）風(fēng)機(jī)安裝。綜采工作面均壓通風(fēng)技術(shù)中使用的均壓風(fēng)機(jī)應(yīng)配置專用供電線路，主風(fēng)機(jī)電源應(yīng)與工作面電源實(shí)現(xiàn)雙風(fēng)機(jī)雙電源的自動(dòng)切換，并使用開關(guān)閉鎖裝置。一套變壓器最多可搭配4套不同的風(fēng)機(jī)供電系統(tǒng)，備用風(fēng)機(jī)供電去使用另一電源，在主變壓供電出現(xiàn)故障時(shí)，備用風(fēng)機(jī)能夠自動(dòng)啟動(dòng)，保證通風(fēng)。

3.應(yīng)用效果分析

結(jié)合上文中提到的綜采工作面均壓通風(fēng)防滅火技術(shù)，我公司于2020年7月至8月份對(duì)比分析，使用均壓系統(tǒng)前后的氣體涌出情況，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：采用均壓通風(fēng)防滅火系統(tǒng)后，頭尾壓差始終控制在合理范圍內(nèi)，綜采工作面漏風(fēng)量控制在5%以內(nèi)，基本杜絕了上覆巖層的有害氣體下泄問題，解決了上隅角有害氣體超限問題，降低了綜采工作面的遺煤自燃概率，有效保證了煤炭的安全采掘，對(duì)于提升煤炭企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益發(fā)揮了積極而重要的作用。

4.結(jié)語

作為我國煤礦開采中的主要自然災(zāi)害，煤炭自燃是我國重點(diǎn)煤礦，礦井火災(zāi)事故的主要原因之一。近年來隨著綜放開采技術(shù)的提升和大規(guī)模應(yīng)用，礦井的生產(chǎn)效率和煤炭資源的綜合開發(fā)效率大大提升。與此同時(shí)，該項(xiàng)技術(shù)在使用過程中存在采空區(qū)遺留殘煤多，冒落高度大，漏風(fēng)嚴(yán)重等問題，在一定程度上提升了自燃的概率，制約了煤礦的安全生產(chǎn)。本文重點(diǎn)探討了均壓通風(fēng)防滅火技術(shù)的原理和應(yīng)用中應(yīng)注意的問題，對(duì)于改善和提升綜合采工作面防滅火能力具有重要的借鑒意義。