復(fù)采煤層回采工作面均壓通風治理漏風技術(shù)

李 陽

（山西焦煤霍州煤電薛虎溝煤業(yè)有限公司，山西 河津 043300）

霍州煤電集團河津薛虎溝煤業(yè)有限責任公司是一座資源整合礦井，井田南部受原小窯開采影響，地面小窯井口及塌陷裂縫多，存在外部漏風。礦井開采2#煤層為Ⅱ類自燃煤層，工作面漏風[1-2]及煤層自燃成為礦井的一大安全隱患。目前，全國范圍內(nèi)復(fù)采煤層工作面為數(shù)不多，結(jié)合實際情況，決定采用均壓通風[3-6]治理回采工作面漏風問題。

1 工作面基本情況

2-109回采工作面地表位于低山黃土丘陵地帶，蓋山厚度22～174 m。工作面采用一次采全高走向長壁后退式采煤法，全部垮落法處理采空區(qū)頂板。工作面貫通后形成一進一回“U”形全負壓通風系統(tǒng)，通過對地面小煤窯及塌陷裂縫漏風處及時封堵處理，并對工作面正副兩順槽全斷面噴漿堵漏后，工作面仍漏風嚴重，進風順槽漏風170 m3/min，切巷漏風345 m3/min，回風順槽漏風520 m3/min。2-109工作面負壓通風示意圖如圖1。

圖1 2-109 工作面負壓通風示意圖

2 均壓通風堵漏風技術(shù)原理

在礦井主扇合理工況范圍內(nèi)，利用風窗—風機聯(lián)合調(diào)壓手段使均壓范圍內(nèi)的流場重新分布，改變回采工作面內(nèi)高、低壓區(qū)的相對位置，均衡漏風通道兩端壓差，使漏風通道內(nèi)氣體不再交換和流動，外部新鮮風流無法通過小窯巷道和采空區(qū)攜帶有毒有害氣體擴散到工作面，從而達到封閉小窯巷道、采空區(qū)，阻止遺煤發(fā)生氧化反應(yīng)，進而達到防滅火的目的。這是均壓堵漏風[5]技術(shù)的主要原理。

通風阻力定律：

根據(jù)回采工作面生產(chǎn)實際情況，減少漏風只能使Dh →0。通過利用均壓通風，減少漏風通道兩端壓差，使漏風通道兩端壓力趨于0，成為回采工作面堵漏風最切實可行的辦法。

3 均壓通風方案的確定[7-10]

3.1 2-109 工作面需風量

根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》第183 條，計算2-109工作面需風量為601 m3/min。

3.2 調(diào)壓風機選型

（1）風量范圍選擇

式中：Q出為風筒出口風量，m3/min；Q面為工作面需風量，m3/min；Q返為風筒出口至調(diào)壓風門方向返回風量，m3/min；S為巷道凈斷面積，m2。

（2）調(diào)壓風機風壓范圍確定

① 工作面最大調(diào)壓值

式中：△P為漏風通道始末測點風流絕對靜壓差，Pa；Z1、Z2為始末測點標高，m；ρ1-2為始末測點風流密度平均值，kg/m3；g為重力加速度，取9.8 m/s2；h自為漏風通道自然風壓，一般最大為50～100 Pa。

各測點空氣密度按下式計算：

式中：P為測點處絕對靜壓或大氣壓力，Pa ；t為測點空氣溫度，℃；PS為溫度t時飽和水蒸汽的分壓，Pa；Φ為相對濕度，%。

（3）調(diào)壓風機選型

選擇調(diào)壓風機需要滿足：調(diào)壓風機最小風壓=670 Pa ≥h大=328.11 Pa；同時滿足（調(diào)壓風機最小風量+ 最大風量）/2=894.5 m3/min ≥Q出=770.5 m3/min。 為 了 增 加 工 作 面 風 量， 故選FBD №7.1/2×45 kW 的 風 機， 風 壓 范 圍 為670～1350 Pa，風量為850～939 m3/min。

3.3 測壓裝置的安設(shè)

（1）在進、回風側(cè)調(diào)壓風門處外風門墻垛上各安設(shè)1 臺U 形壓差計，用于實時監(jiān)測工作面均壓情況。

（2）壓差計的一個端口用膠管連接伸入進、回風巷風流穩(wěn)定區(qū)域內(nèi)，膠管端口方向與風流平行、逆向固定，另一個端口敞開。

（3）水柱計內(nèi)裝過濾水，兩液面高度差即為風門內(nèi)外相對風壓差。壓差計示值不在調(diào)壓示值范圍時，必須立即查看均壓設(shè)施的完好情況與水柱計連接管完好狀態(tài)及水柱計連接管始末端口位置是否正確。

3.4 均壓通風設(shè)計方案

根據(jù)2-109 工作面實際情況，在綜合考慮通風系統(tǒng)的合理性、均壓通風系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性、現(xiàn)場可操作性、經(jīng)濟性前提下，確定選擇工作面風窗—風機聯(lián)合調(diào)壓方案，如圖2 所示。具體設(shè)計為：

圖2 2-109 工作面均壓通風示意圖

（1）在2-1091 巷口5～20 m 處、2-1092 回風聯(lián)巷5～15 m 處各安設(shè)2 道聯(lián)鎖的調(diào)壓風門。

（2）在南翼輔運巷Ⅲ段距2-1091 巷口20 m處安設(shè)2 臺調(diào)壓風機，一用一備；風筒采用10 mm×1000 mm 風筒，總長度根據(jù)實際位置確定為50 m，風筒出口距內(nèi)側(cè)調(diào)壓風門不大于20 m。

4 均壓效果檢驗分析

4.1 均壓通風系統(tǒng)效果檢測點布置

根據(jù)通風系統(tǒng)選定的測量路線和井下實際情況布置監(jiān)測點。在選擇監(jiān)測點時，應(yīng)滿足以下要求：

（1）選在前方不少于巷寬3 倍，后方不少于巷寬8 倍；巷道拐角處時，選擇斷面變化較大的區(qū)域，選前方不小于巷寬3 倍、后方不小于巷寬8倍的地點。

（2）監(jiān)測點前后應(yīng)保持3 m 以內(nèi)，巷道應(yīng)有永久支護，巷道內(nèi)不得有堆積物。

（3）兩個測點之間的壓力差：傾斜壓差計法測量應(yīng)不小于10 Pa，氣壓表測量應(yīng)不小于20 Pa。

（4）兩個監(jiān)測點之間不應(yīng)有分風點或匯風點。

根據(jù)上述要求，均壓通風系統(tǒng)選擇的風速、壓強監(jiān)測點分布情況如圖3。監(jiān)測點1 位于2-1091巷調(diào)壓風門外風門墻垛處，監(jiān)測點2 位于2-1091巷距調(diào)壓風門120 m 處，監(jiān)測點3 位于2-109 工作面下隅角處，監(jiān)測點4 位于2-109 工作面上隅角處，監(jiān)測點5 位于2-1092 巷距2-1092 回風聯(lián)巷20 m 處，監(jiān)測點6 位于2-1092 回風聯(lián)巷調(diào)壓風門外風門墻垛處。

圖3 均壓通風系統(tǒng)風速、壓強監(jiān)測點

4.2 測量數(shù)據(jù)分析

采用干濕球溫度計分別計量測點兩端風流的干濕溫度，用空盒氣壓計測量兩端絕對壓力。將所測干濕球溫度、大氣壓力、風速、傾斜壓差計讀數(shù)分別記錄，根據(jù)所測風速及巷道斷面積，2-109 工作面風量分布如圖4。采用壓差計法測量沿程壓差數(shù)據(jù)，根據(jù)關(guān)鍵測點干濕溫度，結(jié)合式（4）計算得關(guān)鍵測點空氣密度值及動壓值，根據(jù)上述數(shù)據(jù)繪制2-109 回采工作面壓力坡度線如圖5。

圖4 采取均壓措施后風量分布圖

圖5 2-109 回采工作面壓力坡度線

根據(jù)上述數(shù)據(jù)可以看出，采取均壓措施前，2-109工作面2-1091 巷漏風170 m3/min，切巷漏風345 m3/min，2-1092 巷漏風520 m3/min。工作面采取風機-風窗聯(lián)合均壓技術(shù)后，經(jīng)現(xiàn)場實測，2-1091 巷漏風量33 m3/min，切巷漏風量由345 m3/min 減少至87 m3/min，2-1092 巷漏風量由520 m3/min 減少至56 m3/min，2-109 工作面上下端頭壓差為60 Pa。與采取均壓系統(tǒng)前相比，工作面漏風情況得到明顯改善，極大地減少了小窯巷道、采空區(qū)向本工作面漏風量，保證了工作面的安全、高效回采。

5 結(jié)語

運用回采工作面均壓通風技術(shù)解決了薛虎溝礦2#淺埋藏復(fù)采煤層回采工作面的漏風問題，通過理論研究、現(xiàn)場實踐和檢驗，確定了用于堵漏風的均壓通風方法，并在實際應(yīng)用過程中，隨著工作面的不斷推進，利用調(diào)壓風窗調(diào)節(jié)工作面進回風巷兩端的風壓差，進而減小工作面外部漏風量。此項技術(shù)的研究應(yīng)用不僅能夠解決回采工作面漏風問題，還能夠解決因漏風帶來的通風系統(tǒng)不穩(wěn)定及防滅火等問題，保證礦井通風安全，也為類似礦井解決回采工作面堵漏風問題提供借鑒。