均壓通風(fēng)技術(shù)在解決孤島工作面漏風(fēng)方面的應(yīng)用

文/張海峰

“以風(fēng)定產(chǎn)”是礦井安全生產(chǎn)所遵循的一條重要原則，良好的通風(fēng)條件是保證綜采工作面安全生產(chǎn)的前提條件和基礎(chǔ)。神華神東煤炭集團(tuán)的礦井都具有煤層埋藏淺的特點(diǎn)，地表山巒起伏、溝壑縱橫，工作面回采過程中往往會(huì)出現(xiàn)井下與地表串通的現(xiàn)象，地表塌陷形成的裂隙造成漏風(fēng)，使井下通風(fēng)狀況出現(xiàn)異常，嚴(yán)重影響到工作面的正常生產(chǎn)。僅僅采用地表回填的方法往往達(dá)不到預(yù)期的效果，尤其是沿空留巷孤島工作面，左右相鄰采空區(qū)通過柔模砼墻漏風(fēng)，光靠回填很難解決漏風(fēng)問題，工作面的安全生產(chǎn)受到制約。為此，神東煤炭集團(tuán)榆家梁煤礦在52402孤島工作面中采用均壓通風(fēng)技術(shù)，取得了較好的效果,確保了工作面的安全生產(chǎn)。

一、概述

神華神東榆家梁煤礦位于陜北侏羅紀(jì)煤田神府礦區(qū)新民開采區(qū)南部，地處神木、府谷兩縣交界處黃羊城溝南側(cè)的神木縣境內(nèi)，東距府谷縣城58km，西南距神木縣城31km，井田東西長約8km，南北寬約7km，井田面積56.34km2。礦井煤層埋藏較淺，處于N2帶，瓦斯含量極低，為低瓦斯礦井。煤炭自燃傾向性為Ⅱ類自燃，發(fā)火期為3～6個(gè)月，煤塵具有強(qiáng)爆炸性。礦井通風(fēng)系統(tǒng)采用抽出式通風(fēng)，通風(fēng)方法為機(jī)械式通風(fēng)，通風(fēng)方式為區(qū)域式通風(fēng)，綜采工作面通風(fēng)方式普遍采用“U”型通風(fēng)。

榆家梁煤礦52402綜采工作面進(jìn)風(fēng)巷為沿空掘巷形成的巷道，回風(fēng)巷為沿空留巷形成的巷道，工作面兩側(cè)均為采空區(qū)，使該工作面變成了孤島工作面，而且進(jìn)回風(fēng)巷道均為當(dāng)初施工的柔模砼墻，砼墻與底板、頂板以及每個(gè)柔模之間都不同程度的存在漏風(fēng)現(xiàn)象，使得左右采空區(qū)漏風(fēng)量增大，本工作面配風(fēng)量較難達(dá)到作業(yè)規(guī)程所需風(fēng)量，而且進(jìn)風(fēng)流的氧氣濃度低于《安全規(guī)程》規(guī)定的20%的要求。經(jīng)過井下添堵漏風(fēng)縫隙、地表機(jī)械回填等手段后都沒有解決該工作面的漏風(fēng)問題。再加上該工作面上覆地表距切眼60米處在回采范圍內(nèi)有一處露頭煤著火點(diǎn)，下距該回采工作面76米，回采時(shí)會(huì)與工作面的采空區(qū)導(dǎo)通，嚴(yán)重影響到該工作面的安全回采。經(jīng)過礦內(nèi)研討，決定使用均壓通風(fēng)技術(shù)來解決該工作面的通風(fēng)問題。

二、均壓通風(fēng)技術(shù)

均壓通風(fēng)是指采用通風(fēng)技術(shù)措施，調(diào)節(jié)漏風(fēng)風(fēng)路兩端的風(fēng)壓差，使之減小或趨于零，使漏風(fēng)量降至最小的通風(fēng)方法。均壓通風(fēng)技術(shù)往往被用在礦井防滅火當(dāng)中，但不同的地質(zhì)條件給煤礦帶來不同的通風(fēng)難題。傳統(tǒng)煤礦埋藏深、瓦斯含量大，處理瓦斯是通風(fēng)的難題；新型煤礦埋藏淺、地表漏風(fēng)嚴(yán)重，防止漏風(fēng)是通風(fēng)的難題。近些年來，神東礦區(qū)多數(shù)煤礦利用均壓通風(fēng)技術(shù)解決工作面漏風(fēng)問題，榆家梁煤礦52402孤島工作面的通風(fēng)難題也采用了均壓通風(fēng)技術(shù)進(jìn)行解決。

1.柔模砼墻漏風(fēng)

綜采工作面兩側(cè)的柔模砼墻漏風(fēng)往往可以造成多種危害，例如將采空區(qū)的有害氣體帶出來，使上隅角的瓦斯超限或是氧氣濃度降低；由于相鄰采空區(qū)漏風(fēng)造成相鄰采空區(qū)遺煤自燃；將地表火區(qū)的火源引入采空區(qū)造成本采空區(qū)著火；給采空區(qū)補(bǔ)充氧氣，加快采空區(qū)內(nèi)遺留浮煤的自燃引起火災(zāi)；造成工作面部分區(qū)域微風(fēng)影響正常生產(chǎn)等等。榆家梁煤礦52402孤島工作面面臨上述5種危險(xiǎn)，不解決漏風(fēng)問題，工作面將無法生產(chǎn)。“U”型通風(fēng)方式下綜采工作面漏風(fēng)示意圖見圖1所示。

圖1“U”型通風(fēng)方式下綜采工作面漏風(fēng)示意圖

在這種情況下，進(jìn)入工作面的風(fēng)流分為三部分：一部分從進(jìn)風(fēng)順槽流入；一部分從地表裂隙經(jīng)采空區(qū)流入；還有一部分從相鄰采空區(qū)經(jīng)過柔模砼墻的縫隙流入。三股風(fēng)流在工作面后半部分匯合共同流入回風(fēng)順槽。隨著漏風(fēng)量的增大，進(jìn)入工作面的新鮮風(fēng)流逐漸減少，有害氣體濃度逐漸增大，甚至整個(gè)工作面出現(xiàn)低氧情況，嚴(yán)重威脅到工人的身體健康與安全，給礦井安全生產(chǎn)帶來極大的隱患。

整個(gè)工作面的漏風(fēng)也分為三部分：一部分從進(jìn)風(fēng)順槽相鄰采空區(qū)柔模砼墻的縫隙漏入工作面；一部分從地表裂隙經(jīng)采空區(qū)漏入工作面；還有一部分從回風(fēng)順槽相鄰采空區(qū)柔模砼墻的縫隙漏入回風(fēng)流。隨著漏風(fēng)量的增大，本采空區(qū)和相鄰的兩個(gè)采空區(qū)供氧量持續(xù)增加，極易引起采空區(qū)著火。

經(jīng)過現(xiàn)場實(shí)測，52402孤島工作面進(jìn)風(fēng)順槽口的風(fēng)量只有300m3/min，到工作面進(jìn)風(fēng)端時(shí)就變成了800m3/min，可知進(jìn)風(fēng)側(cè)柔模砼墻漏風(fēng)量為500m3/min；到工作面回風(fēng)端變成了1000m3/min，可知本采空區(qū)漏風(fēng)量為200m3/min；到工作面回風(fēng)順槽口時(shí)就達(dá)到了1700m3/min，可知回風(fēng)側(cè)柔模砼墻漏風(fēng)量為700m3/min。整個(gè)工作面的漏風(fēng)量達(dá)到1400m3/min，且工作面風(fēng)流中的氧氣濃度均在20%以下，不僅影響安全生產(chǎn)，而且存在極大的安全隱患。

2.工作面均壓通風(fēng)

采用均壓通風(fēng)技術(shù)控制采空區(qū)漏風(fēng)主要是通過設(shè)置調(diào)壓裝置或調(diào)整通風(fēng)系統(tǒng)，改變工作面空氣壓力的分布狀態(tài)，盡可能減小或消除漏風(fēng)通道兩端的風(fēng)壓差，從而達(dá)到減小或消除漏風(fēng)的目的。采用均壓通風(fēng)技術(shù)是一種效果顯著、技術(shù)含量較高的防漏風(fēng)手段和措施，是一種較復(fù)雜的技術(shù)管理工作，如果控制不當(dāng)，不僅達(dá)不到防漏風(fēng)的效果，還可能加重漏風(fēng)，造成嚴(yán)重后果。

（1）優(yōu)點(diǎn)

①阻止了采空區(qū)的瓦斯及其他有害氣體隨著漏風(fēng)流進(jìn)入采煤工作面，較好地解決了采煤工作面瓦斯超限和低氧的隱患。

②使從地表裂隙進(jìn)入采空區(qū)的風(fēng)流量降低，抑制了采空區(qū)內(nèi)遺留浮煤的自燃。

③使從相鄰采空區(qū)柔模砼墻裂隙進(jìn)入本工作面的風(fēng)流量降低，抑制了相鄰采空區(qū)內(nèi)遺留浮煤的自燃。

④使地表著火點(diǎn)的供風(fēng)量降低，抑制地表自燃火區(qū)的火勢，防止地表火區(qū)與井下采空區(qū)導(dǎo)通后地表火進(jìn)入采空區(qū)及地表一氧化碳等有害氣體進(jìn)入回采工作面，造成工作面著火及人員傷亡。

⑤使工作面形成正常的通風(fēng)系統(tǒng)，改善了作業(yè)環(huán)境，保證了工作面正?；夭?。

由于存在以上優(yōu)點(diǎn)，故均壓通風(fēng)技術(shù)多適用于防滅火和防漏風(fēng)技術(shù)領(lǐng)域。

（2）缺點(diǎn)

①當(dāng)均壓系統(tǒng)因?yàn)轱L(fēng)機(jī)無計(jì)劃停風(fēng)或是均壓設(shè)施被損壞而失壓后，本采空區(qū)和相鄰采空區(qū)的有害氣體會(huì)迅速涌入工作面，造成工作面瓦斯及其他有害氣體超限，導(dǎo)致人員傷害。

②隨著工作面的回采，系統(tǒng)壓力會(huì)發(fā)生變化，造成工作面內(nèi)外壓差增大，漏風(fēng)量增加，如果不及時(shí)調(diào)整壓力或壓力調(diào)整不當(dāng)，會(huì)使相鄰采空區(qū)和本采空區(qū)持續(xù)供氧，帶來火災(zāi)隱患。

由于存在以上缺點(diǎn)，故一般情況下不建議使用均壓通風(fēng)技術(shù)。

圖2“U”型通風(fēng)方式下孤島工作面均壓通風(fēng)示意圖

從圖2中可以看出，工作面的進(jìn)風(fēng)量幾乎全部是由局部通風(fēng)機(jī)來提供，新鮮風(fēng)流通過局部通風(fēng)機(jī)流入工作面。局部通風(fēng)機(jī)、密閉墻、調(diào)節(jié)窗和整個(gè)工作面共同形成一個(gè)均壓氣室，通過提高工作面的壓力來降低內(nèi)外壓差，減少采空區(qū)漏風(fēng)。該系統(tǒng)中風(fēng)機(jī)的供風(fēng)量必須滿足工作面的需風(fēng)量，用調(diào)節(jié)風(fēng)窗來調(diào)整工作面的壓力和風(fēng)量，使工作面的回風(fēng)量等于或接近進(jìn)風(fēng)量，采空區(qū)漏風(fēng)通道兩端的壓差降低或接近于零。

圖352402孤島工作面的均壓通風(fēng)示意圖

三、榆家梁煤礦52402孤島工作面均壓通風(fēng)技術(shù)的應(yīng)用

52402工作面位于榆家梁井田東南部，為52煤四盤區(qū)剩余的最后一個(gè)工作面，工作面長355.6m，推進(jìn)長度為 2143m，煤層平均厚度3.8m，儲(chǔ)量為379萬噸，計(jì)劃回采7個(gè)月。工作面西邊為52401采空區(qū)，東邊為52403采空區(qū)，上部為采空區(qū)，工作面輔運(yùn)順槽（進(jìn)風(fēng)）為柔模砼墻沿空掘巷，主運(yùn)順槽（回風(fēng)）為柔模砼墻沿空留巷，砼墻漏風(fēng)嚴(yán)重。地表溝壑縱橫，在上覆地表有露頭煤火區(qū)，老頂垮落后可能會(huì)與地表導(dǎo)通使得一氧化碳有害氣體及火源涌入工作面。為確保工作面氧氣濃度符合規(guī)定，有害氣體不超限，風(fēng)量滿足要求，地表火不進(jìn)入采空區(qū)，實(shí)現(xiàn)安全回采，計(jì)劃對工作面采用均壓通風(fēng)技術(shù)，均衡采空區(qū)內(nèi)外壓差，減少漏風(fēng)量。

1.實(shí)施步驟

采用風(fēng)門、調(diào)節(jié)風(fēng)窗、密閉、局部通風(fēng)機(jī)聯(lián)合調(diào)節(jié)的方法進(jìn)行均壓通風(fēng)，52402孤島工作面的均壓通風(fēng)示意圖如圖3所示。

具體實(shí)施步驟如下：

（1）工作面均壓采用2臺(tái)2×75KW的風(fēng)機(jī)供風(fēng) （其中1臺(tái)備用），型號(hào)為 FBDNO.11.2/75，為對旋軸流式風(fēng)機(jī)，供風(fēng)量為1200～1800m3/min，風(fēng)筒直徑為φ1000mm，在風(fēng)機(jī)位置施工一道0.5m磚閉并將風(fēng)機(jī)穿墻風(fēng)筒與密閉縫隙封堵嚴(yán)密，防止壓力外泄，且施工風(fēng)機(jī)自動(dòng)切換風(fēng)道。

（2）在52402輔運(yùn)措施巷3-4聯(lián)巷施工3道4.2×2.8m的行車風(fēng)門，在52402輔運(yùn)3聯(lián)巷施工一組3.7×2.7m的行車風(fēng)門，在52402運(yùn)順施工3道均壓風(fēng)門和調(diào)節(jié)風(fēng)窗，根據(jù)進(jìn)、回風(fēng)的風(fēng)量及工作面的壓力情況，進(jìn)行調(diào)節(jié)，達(dá)到減少漏風(fēng)的目的。

（3）2臺(tái)風(fēng)機(jī)均安設(shè)在 52402輔運(yùn)3聯(lián)巷處，預(yù)計(jì)供風(fēng)量為1600m3/min左右。

（4）在均壓風(fēng)機(jī)處安設(shè)監(jiān)測監(jiān)控裝置與調(diào)度室聯(lián)網(wǎng)，且安設(shè)語音報(bào)警裝置與52402孤島工作面相連，均壓風(fēng)門與風(fēng)機(jī)安排專人看護(hù)。

（5）均壓風(fēng)機(jī)實(shí)現(xiàn)“三專兩閉鎖”，在風(fēng)機(jī)硐室吊掛風(fēng)機(jī)操作流程管理牌板，在均壓風(fēng)門處吊掛系統(tǒng)失壓緊急處置流程牌板和專用電話一部。

所有準(zhǔn)備工作完成后，要對均壓系統(tǒng)進(jìn)行試運(yùn)行，測量均壓參數(shù)并根據(jù)要求進(jìn)行調(diào)整，只有系統(tǒng)各項(xiàng)參數(shù)達(dá)到預(yù)計(jì)的數(shù)值，系統(tǒng)可靠穩(wěn)定了才可以進(jìn)行生產(chǎn)。工作面的壓力不易過大，因?yàn)檫^大了會(huì)造成工作面的風(fēng)流被壓入采空區(qū)的現(xiàn)象，造成反向漏風(fēng)，仍然存在相鄰采空區(qū)及本采空區(qū)著火的危險(xiǎn)。

2.應(yīng)該注意的事項(xiàng)

為了確保52402孤島工作面均壓措施的落實(shí)，局部通風(fēng)機(jī)運(yùn)行可靠，需注意以下事項(xiàng)：

（1）均壓通風(fēng)期間，前10天通風(fēng)隊(duì)每天派測風(fēng)員對均壓系統(tǒng)主要地點(diǎn)壓力、風(fēng)量等通風(fēng)參數(shù)進(jìn)行測定，壓力測定地點(diǎn)為：工作面機(jī)頭機(jī)尾、52402輔運(yùn)3-4聯(lián)巷風(fēng)門內(nèi)外、52402運(yùn)順調(diào)節(jié)風(fēng)窗內(nèi)外。當(dāng)工作面壓差大于30Pa時(shí)測風(fēng)員負(fù)責(zé)通過調(diào)整52402運(yùn)順調(diào)節(jié)風(fēng)窗大小來控制工作面風(fēng)量及壓差，實(shí)現(xiàn)壓力均衡。當(dāng)系統(tǒng)穩(wěn)定后每旬測定一次即可。

（2）均壓通風(fēng)期間，由機(jī)電隊(duì)設(shè)專人對均壓風(fēng)機(jī)及其開關(guān)、線路等每班派人進(jìn)行維護(hù)，嚴(yán)禁隨意停轉(zhuǎn)均壓風(fēng)機(jī)。每半月執(zhí)行“雙風(fēng)機(jī)雙電源自動(dòng)切換”試驗(yàn)和定期執(zhí)行對設(shè)備檢修、維護(hù)工序，保留好現(xiàn)場測試記錄，均壓通風(fēng)期間盡量減少52402工作面作業(yè)的人員，謝絕外來人員參觀。

（3）當(dāng)主運(yùn)轉(zhuǎn)均壓風(fēng)機(jī)故障時(shí)，自動(dòng)切換到備用風(fēng)機(jī)，期間均壓通風(fēng)范圍內(nèi)必須停止工作，待故障被排除，恢復(fù)到主運(yùn)轉(zhuǎn)均壓風(fēng)機(jī)后方可恢復(fù)作業(yè)。

（4）井下檢修必須檢查作業(yè)地點(diǎn)附近20m范圍內(nèi)瓦斯、CO等有毒有害氣體情況，瓦斯?jié)舛瘸^0.5%時(shí)嚴(yán)禁送電，嚴(yán)禁帶電作業(yè)，消滅動(dòng)態(tài)失爆。日常檢查要對均壓區(qū)域內(nèi)所有電氣設(shè)備進(jìn)行全面摸底排查，確保無失爆、漏電隱患。

（5）對均壓通風(fēng)設(shè)施進(jìn)行及時(shí)維護(hù)，防止因通風(fēng)設(shè)施不可靠造成均壓系統(tǒng)紊亂，巷道瓦斯積聚；工作面每班安排專職瓦檢員，并現(xiàn)場交接班，瓦檢員每班對移變列車、工作面、回風(fēng)隅角及回風(fēng)巷內(nèi)瓦斯?jié)舛冗M(jìn)行定期檢測，防止瓦斯積聚。

（6）均壓工作面中部每30架應(yīng)增設(shè)氧氣、一氧化碳傳感器(或便攜式氧氣、一氧化碳檢測報(bào)警儀)，確保工作面人員作業(yè)安全；均壓風(fēng)門必須安設(shè)風(fēng)門傳感器和聲光報(bào)警裝置，其前后安設(shè)壓差計(jì)；在52402輔運(yùn)均壓風(fēng)門外、綜采隊(duì)控制臺(tái)處安裝礦用本安型顯示屏，動(dòng)態(tài)顯示工作面有害氣體情況，為進(jìn)入工作面人員提供直觀視覺安全警示。

（7）進(jìn)入52402孤島工作面的所有作業(yè)人員都必須攜帶氧氣、甲烷、一氧化碳便攜儀。

（8）當(dāng)均壓風(fēng)機(jī)因故障、檢修、停電等原因無法正常供風(fēng)，52402孤島工作面的人員必須及時(shí)停產(chǎn)，所有人員沿52402輔運(yùn)撤出工作面至輔運(yùn)大巷，跟班隊(duì)干要負(fù)責(zé)組織員工沿正確的路線撤離。

（9）發(fā)生風(fēng)機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)事故時(shí)，調(diào)度室要立即通知工作面停產(chǎn)，由瓦檢員、安監(jiān)員、跟班隊(duì)長組織將工作面所有人員沿避災(zāi)路線撤出，同時(shí)通知均壓風(fēng)門崗位工將風(fēng)門打開恢復(fù)負(fù)壓通風(fēng)，并向相關(guān)部門和領(lǐng)導(dǎo)匯報(bào)，以便及時(shí)采取措施進(jìn)行處理。

（10）當(dāng)52402孤島工作面均壓設(shè)施被損壞，均壓系統(tǒng)失衡后，工作面跟班隊(duì)長要立即組織工作面所有人員由工作面撤到新鮮風(fēng)流中，并立即匯報(bào)礦調(diào)度室，待均壓設(shè)施恢復(fù)好，系統(tǒng)正常后方可進(jìn)入工作面。

表152402孤島工作面均壓通風(fēng)前后參數(shù)對比

四、均壓通風(fēng)效果分析

52402沿空留巷孤島工作面采用均壓通風(fēng)技術(shù)后，通風(fēng)狀況得到了明顯改善，工作面的氧氣濃度均保持在20%以上，一氧化碳未出現(xiàn)異常情況，回風(fēng)隅角無瓦斯集聚和低氧現(xiàn)象，工作面視線良好，日推進(jìn)度可達(dá)10米以上。均壓通風(fēng)前后各項(xiàng)參數(shù)如表1所示。

通過表1分析可知，采用均壓通風(fēng)技術(shù)后，52402孤島工作面進(jìn)風(fēng)和回風(fēng)之差只有20m3/min，漏風(fēng)量明顯減少，而在均壓通風(fēng)前該工作面的進(jìn)風(fēng)和回風(fēng)之差為1400m3/min，由此可見，均壓通風(fēng)技術(shù)在榆家梁煤礦52402沿空留巷孤島工作面的應(yīng)用取得了良好的效果，實(shí)踐也表明均壓通風(fēng)技術(shù)解決了52402孤島工作面的通風(fēng)難題。一個(gè)月內(nèi)52402孤島工作面推進(jìn)了300米，期間工作面及相鄰采空區(qū)未發(fā)生有害氣體異常現(xiàn)象，安全通過了上覆著火區(qū)。

五、結(jié)語

由榆家梁煤礦52402沿空留巷孤島工作面利用均壓通風(fēng)技術(shù)解決采空區(qū)漏風(fēng)的成功案例可以看出，均壓通風(fēng)技術(shù)是解決孤島工作面漏風(fēng)的有效方法，煤炭企業(yè)要對礦井出現(xiàn)的“一通三防”難題采用多種手段，以現(xiàn)代安全技術(shù)為基礎(chǔ)，以嚴(yán)格執(zhí)行《煤礦安全規(guī)程》為保證，在優(yōu)化通風(fēng)系統(tǒng)的實(shí)踐活動(dòng)中，進(jìn)一步大膽嘗試各種方法來解決通風(fēng)技術(shù)難題，尤其應(yīng)根據(jù)實(shí)際把均壓防滅火技術(shù)推廣應(yīng)用到解決工作面漏風(fēng)、上隅角低氧、瓦斯超限治理的技術(shù)領(lǐng)域，建立起完善的通風(fēng)系統(tǒng)，確保煤炭企業(yè)安全、高效生產(chǎn)。