解析高瓦斯煤礦通風(fēng)技術(shù)

任 利

(山西汾西中興煤業(yè)有限責(zé)任公司，山西 交城 030500)

引 言

煤礦企業(yè)為了實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)就必須使用高效可行的通風(fēng)技術(shù)，其可以有效解決高瓦斯煤礦的安全問(wèn)題。煤礦發(fā)生火災(zāi)與爆炸事故的根本原因在于瓦斯含量過(guò)高，為了有效防止災(zāi)難的發(fā)生，確保煤礦生產(chǎn)的安全性，企業(yè)必須采用合理的通風(fēng)技術(shù)，為煤礦開(kāi)采工作提供重要的安全保障。由此實(shí)際開(kāi)采過(guò)程中，煤礦企業(yè)應(yīng)盡力采取經(jīng)濟(jì)合理的瓦斯控制手段，將瓦斯?jié)舛冉档椭涟踩珴舛纫韵?，從而真正確保煤礦開(kāi)采工作的安全進(jìn)行。

1 煤礦均壓通風(fēng)技術(shù)

1.1 均壓通風(fēng)原理

煤礦均壓通風(fēng)技術(shù)主要是指利用調(diào)壓裝置或者改變煤礦的通風(fēng)系統(tǒng)以有效降低通風(fēng)通道兩端的風(fēng)壓。煤礦企業(yè)采用均壓通風(fēng)技術(shù)的關(guān)鍵在于有效控制瓦斯含量，通過(guò)調(diào)節(jié)風(fēng)雨道兩端的通風(fēng)氣壓以有效控制瓦斯的實(shí)際涌出量，從而避免煤礦開(kāi)采作業(yè)面涌入大量的瓦斯，提升開(kāi)采工作的安全性。

1.2 均壓通風(fēng)技術(shù)系統(tǒng)的建立

一是計(jì)算參數(shù)，工作人員在計(jì)算風(fēng)量時(shí)應(yīng)綜合考慮需求風(fēng)量、工作面氣候條件以及瓦斯涌出量等因素，且驗(yàn)算時(shí)根據(jù)巷道實(shí)際大小與最小風(fēng)量進(jìn)行計(jì)算。期間還應(yīng)遵循減風(fēng)降壓原則，以免風(fēng)量過(guò)大，引發(fā)漏風(fēng)問(wèn)題。二是完成風(fēng)窗面積的計(jì)算，見(jiàn)式(1)。

SW=QS/(Q+0.759(hw)1/2)

(1)

式中：SW為調(diào)節(jié)風(fēng)窗面積；Q為工作面風(fēng)量；S為回風(fēng)巷道面積；hw為風(fēng)門(mén)阻力。

礦井回風(fēng)巷道的風(fēng)壓差應(yīng)保持在600 Pa～100 Pa，且采用負(fù)壓通風(fēng)方法，計(jì)算時(shí)，技術(shù)人員應(yīng)明確參數(shù)因素。在計(jì)算得出結(jié)果后，技術(shù)人員還應(yīng)合理選擇均壓風(fēng)機(jī)的型號(hào)，確保采空區(qū)與帶式輸送機(jī)的漏風(fēng)量保持在400 m3/min，且工作面的風(fēng)壓應(yīng)保持在600 Pa～1 000 Pa。據(jù)此，應(yīng)為工作面安裝6臺(tái)旋風(fēng)機(jī)，運(yùn)行期間使用3臺(tái)，另外3臺(tái)為備用設(shè)備，且每臺(tái)機(jī)器的供風(fēng)能力應(yīng)保持在900 m3/min。調(diào)壓風(fēng)機(jī)與調(diào)壓風(fēng)窗均具備均壓的作用，且其均壓通風(fēng)步驟如下.一是設(shè)置專門(mén)調(diào)節(jié)風(fēng)窗的密閉墻，配置均壓通風(fēng)的專門(mén)巷道，并未巷道安裝三組風(fēng)機(jī)與風(fēng)筒設(shè)備；二是將三道均壓風(fēng)門(mén)設(shè)置于回風(fēng)巷道內(nèi)，并安裝專門(mén)的閉鎖報(bào)警設(shè)施[1]；三是在滿足間距要求的基礎(chǔ)上在回風(fēng)巷道內(nèi)設(shè)置調(diào)節(jié)風(fēng)窗，并安裝專門(mén)的報(bào)警裝置；四是做好回風(fēng)巷道風(fēng)量的調(diào)節(jié)工作，開(kāi)啟局部通風(fēng)機(jī)，實(shí)現(xiàn)均壓。其具體均壓通風(fēng)系統(tǒng)安全保障體系，如圖1所示。

圖1 均壓通風(fēng)系統(tǒng)安全保障系統(tǒng)

2 B型通風(fēng)技術(shù)

B型通風(fēng)技術(shù)是指在煤礦開(kāi)采工作面增加回風(fēng)系統(tǒng)，確保其與工作面形成通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)與瓦斯排放雨道，確保雨道的安全性。B型通風(fēng)技術(shù)使用于煤炭開(kāi)采中的通風(fēng)工作，其有效結(jié)合了流體力學(xué)與瓦斯排放技術(shù)原理，屬于可以實(shí)現(xiàn)防火、防塵、通風(fēng)以及防治瓦斯的綜合通風(fēng)技術(shù)。且此技術(shù)還在回風(fēng)巷使用了調(diào)壓控制措施，由本質(zhì)上組織了高瓦斯的進(jìn)一步涌入。

2.1 B型通風(fēng)核心技術(shù)

一是可以阻塞瓦斯的涌出，其通風(fēng)通道主要包括三個(gè)組成部分，針對(duì)瓦斯來(lái)源采用不同的阻礙技術(shù)，從而確保煤礦開(kāi)采工作面的安全性與高效性。其可有效控制采落煤炭與新暴露煤炭瓦斯的涌出，企業(yè)主要在回風(fēng)巷位置設(shè)置了阻風(fēng)門(mén)，確保通風(fēng)雨道內(nèi)形成局部通風(fēng)壓力，提升各點(diǎn)的靜壓值，從而有效抑制了瓦斯的涌出，減少了瓦斯來(lái)源與涌出量。但實(shí)際開(kāi)采期間應(yīng)在回風(fēng)巷內(nèi)設(shè)置阻風(fēng)門(mén)裝置，確保各點(diǎn)的風(fēng)流壓力小于增阻壓力，增大瓦斯的涌出強(qiáng)度。二是應(yīng)做好瓦斯運(yùn)移的控制工作，綜放面瓦斯運(yùn)移與控制均屬于B型通風(fēng)技術(shù)的主要研究對(duì)象，其需要有效控制工作面支架尾部、高頂?shù)葏^(qū)域的瓦斯涌出量。使用期間應(yīng)注意以下工作：一方面，煤礦企業(yè)在采用B型通風(fēng)技術(shù)時(shí)，應(yīng)將兩條不同的回風(fēng)巷設(shè)置于綜采面兩端，確保煤礦存在兩條排放瓦斯的通風(fēng)路徑。工作人員應(yīng)將增阻調(diào)節(jié)風(fēng)門(mén)設(shè)置于回風(fēng)巷，以便有效調(diào)節(jié)兩條回風(fēng)巷的風(fēng)壓，在控制風(fēng)雨道風(fēng)壓的基礎(chǔ)上有效降低采空區(qū)的瓦斯?jié)舛?，確保頂板瓦斯順利排出。另一方面，煤礦企業(yè)應(yīng)對(duì)于綜采面死角使用B型通風(fēng)技術(shù)，在回風(fēng)巷增加增阻風(fēng)門(mén)，降低瓦斯涌出強(qiáng)度。

2.2 B型通風(fēng)方式

B型通風(fēng)方式，如圖2所示。其在回風(fēng)平巷匯總設(shè)置了風(fēng)窗B，在需要增加新鮮風(fēng)流時(shí)將此風(fēng)窗打開(kāi)，并通過(guò)不斷調(diào)節(jié)風(fēng)窗面積降低回風(fēng)順槽以及瓦斯排放巷中的瓦斯?jié)舛?，因?yàn)檎麄€(gè)通風(fēng)通路呈現(xiàn)出字母B形狀，因此被稱為B型通風(fēng)系統(tǒng)。

此控制系統(tǒng)在控制瓦斯涌出時(shí)一般遵循以下過(guò)程，回風(fēng)順槽瓦斯?jié)舛容^高時(shí)，技術(shù)人員需要減小風(fēng)窗A開(kāi)啟面積，降低工作面壓力，以有效抑制瓦斯的涌出，增大瓦斯排放巷風(fēng)量，調(diào)節(jié)回風(fēng)順槽瓦斯涌出量，控制瓦斯?jié)舛?。且?dāng)排放瓦斯?jié)舛冗^(guò)高時(shí)，技術(shù)人員調(diào)節(jié)風(fēng)窗B增加新鮮風(fēng)流并排放瓦斯，從而確保瓦斯保持在合適濃度。

圖2 B型通風(fēng)方式示意圖

3 某礦井采用高瓦斯通風(fēng)技術(shù)概述

3.1 礦井實(shí)際情況

某礦井為單斜構(gòu)造，面積為15.16 km2，礦井主要可采煤層為一層煤，平均厚度為13.6 m，煤層傾角小于25°，可采儲(chǔ)量為99.73萬(wàn) t。礦井局部煤層的厚度變化較大，地質(zhì)構(gòu)造比較復(fù)雜，井田內(nèi)多為斷層與斜交斷層走向，存在少量的斷層與褶皺。礦區(qū)處于干旱地區(qū)，地形復(fù)雜且暴露基巖，井田主要為黃土丘陵山地與沙川丘陵山地。常年內(nèi)井田無(wú)流水，南部地區(qū)存在季節(jié)性的沙河。礦井的地質(zhì)結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，年最低氣溫為零下23.8 ℃，最高氣溫為37.4 ℃。同時(shí)，在工作面推進(jìn)過(guò)程中，頂板容易垮落，加之煤層間距較小，很容易形成漏風(fēng)通道，使得采空區(qū)形成并聯(lián)與角聯(lián)漏風(fēng)，具體如圖3所示。

圖3 采空區(qū)漏風(fēng)示意圖

3.2 礦井通風(fēng)系統(tǒng)

此礦井采用了兩翼對(duì)角抽出式的通風(fēng)方式，由東風(fēng)井與北風(fēng)井承擔(dān)回風(fēng)工作。北風(fēng)井安裝了2臺(tái)離心式風(fēng)機(jī)，其中1#通風(fēng)機(jī)電機(jī)功率為470 kW，2#通風(fēng)機(jī)的電機(jī)功率為220 kW，無(wú)級(jí)調(diào)速使用調(diào)整型的液力耦合器。煤礦改造期間使用了2臺(tái)新型的軸流式風(fēng)機(jī)，其額定功率為200 kW。以往礦井在一個(gè)采區(qū)開(kāi)采，之后使用了井風(fēng)機(jī)，實(shí)現(xiàn)了分區(qū)通風(fēng)，增大了礦井內(nèi)的通風(fēng)能力，且當(dāng)前各風(fēng)電的風(fēng)流質(zhì)量、風(fēng)速以及供風(fēng)量等均符合基本要求。開(kāi)采過(guò)程中，企業(yè)主要采用了綜采放頂煤一次全部垮落方法，連續(xù)推進(jìn)1 000 m，且在回風(fēng)平巷內(nèi)設(shè)置了專門(mén)的瓦斯排放巷道，采用了一進(jìn)二回一聯(lián)巷的布置方法，專門(mén)設(shè)置了瓦斯排放巷與回風(fēng)平巷，綜采工作面采用了B型通風(fēng)方式。

3.3 煤礦綜放面瓦斯治理中B型通風(fēng)模式的應(yīng)用

3.3.1 綜采工作面開(kāi)采初期瓦斯涌出情況

在煤礦工作面掘進(jìn)期間，巷道瓦斯涌出量為25 m3/min，在安裝設(shè)備時(shí)，技術(shù)人員測(cè)得瓦斯涌出速度為17 m3/min。開(kāi)采時(shí)，瓦斯涌出速度明顯增加，由之前的17 m3/min增加至27 m3/min。隨著逐步推進(jìn)工作面，瓦斯涌出量也隨著采空寬度的增加而變多，最大速度為51 m3/min，瓦斯?jié)舛冗h(yuǎn)超出標(biāo)準(zhǔn)值，采用局扇通風(fēng)方法進(jìn)行稀釋。調(diào)查顯示，在采用B型通風(fēng)技術(shù)前，巷道瓦斯涌出量比較穩(wěn)定，且隨著開(kāi)采區(qū)寬度的增加，瓦斯涌出量不斷增加，直至寬度為60 m時(shí)保持穩(wěn)定，為22 m3/min～24 m3/min。

3.3.2 B型通風(fēng)技術(shù)的應(yīng)用

煤礦企業(yè)技術(shù)人員在滲入分析綜放面瓦斯涌出情況與涌出規(guī)律后，認(rèn)為應(yīng)有效降低綜采面的瓦斯?jié)舛?，但僅采用增加工作面風(fēng)量進(jìn)行稀釋的方法效果不佳。為了從根本上降低瓦斯涌出量，避免瓦斯涌出危害問(wèn)題，企業(yè)應(yīng)抑制綜放面瓦斯涌出源處的瓦斯涌出量。同時(shí)，為了確保瓦斯順利排出，還應(yīng)有效控制采空區(qū)與高頂?shù)耐咚褂砍隽?，并做好運(yùn)移工作，降低回風(fēng)順槽、支架尾部以及工作面高頂?shù)耐咚節(jié)舛取?duì)此，為了做好工作面通風(fēng)調(diào)整工作，企業(yè)應(yīng)有效采用B型通風(fēng)技術(shù)[2]。

對(duì)此，應(yīng)將增阻調(diào)節(jié)風(fēng)門(mén)安裝至回風(fēng)順槽處，形成B型通風(fēng)系統(tǒng)。為了有效降低工作面的通風(fēng)量，技術(shù)人員還應(yīng)采用合理的通風(fēng)調(diào)節(jié)措施，分四次降低工作面通風(fēng)量，做好瓦斯來(lái)源與各處瓦斯?jié)舛鹊臋z測(cè)工作，以便明確工作面最佳的通風(fēng)參數(shù)。使用B型通風(fēng)技術(shù)后，工作人員還應(yīng)做好通風(fēng)系統(tǒng)調(diào)整量與瓦斯涌出量的對(duì)比工作，綜采面最優(yōu)通風(fēng)參數(shù)為800 m3/min，即工作面的通風(fēng)量，排放巷局扇正壓供風(fēng)量為1 200 m3/min，瓦斯涌出量為36 m3/min，其中采空區(qū)的瓦斯涌出量為16 m3/min，巷道瓦斯涌出量為12 m3/min，工作面采落煤炭與暴露瓦斯涌出量為8 m3/min，各點(diǎn)的瓦斯涌出量為最低值，均在標(biāo)準(zhǔn)濃度以下。

3.3.3 B型通風(fēng)模式在綜放面的實(shí)際應(yīng)用效果

一是有效減少了工作面瓦斯涌出量，在使用B型通風(fēng)技術(shù)后，巷道瓦斯涌出量明顯降低，由之前的17 m3/min降低至12 m3/min，工作面瓦斯涌出量也變少，由之前的10 m3/min變?yōu)? m3/min。檢測(cè)采空區(qū)瓦斯涌出量，可知其也降低，由之前的22 m3/min～24 m3/min降低至16 m3/min，工作面瓦斯涌出量由之前的51 m3/min降低至36 m3/min。二是瓦斯排放巷排出了大量的瓦斯，工作面上隅角、回風(fēng)順槽以及高頂處的瓦斯?jié)舛染兴档汀Ｔ谑褂肂型通風(fēng)技術(shù)后，其主要通過(guò)回風(fēng)巷增阻調(diào)節(jié)門(mén)控制瓦斯?jié)舛龋_保工作面高頂與采空區(qū)的瓦斯順利排出，避免了綜放面瓦斯超濃度問(wèn)題，提升了煤礦開(kāi)采工作的安全性與有效性。三是在采用B型通風(fēng)技術(shù)后，綜放面的供風(fēng)量明顯降低，由之前的1 400 m3/min降低至800 m3/min，且隨之區(qū)域供風(fēng)量也變少，風(fēng)速明顯降低，杜絕了煤塵飛揚(yáng)問(wèn)題，優(yōu)化了開(kāi)采環(huán)境。四是減小了采空區(qū)氧化帶寬度，當(dāng)綜放面保持30 m/min的推進(jìn)速度時(shí)，采空區(qū)可以避免自然，企業(yè)無(wú)需采用防火措施。五是提高了綜放面煤炭的開(kāi)采量，杜絕瓦斯危害，避免了瓦斯超限事故問(wèn)題。在采用B型通風(fēng)技術(shù)后，煤礦綜放面日產(chǎn)量由之前的2 700 t增加至4 450 t，最高產(chǎn)量達(dá)到了5 300 t。

3.4 高瓦斯礦井通風(fēng)技術(shù)應(yīng)用的效益分析

3.4.1 社會(huì)效益分析

受自身生產(chǎn)因素的影響，企業(yè)在開(kāi)采煤礦時(shí)極易受自然因素的影響，尤其是煤塵、瓦斯等均會(huì)引發(fā)重大事故問(wèn)題，為煤礦企業(yè)帶來(lái)嚴(yán)重?fù)p失，且威脅著工作人員的人身與財(cái)產(chǎn)安全。在煤礦災(zāi)害事故中，最為嚴(yán)重的為瓦斯事故，其具備較大的破壞性與危害性，一旦爆炸將會(huì)嚴(yán)重威脅員工的生命安全，為礦井帶來(lái)災(zāi)難，造成了嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)與社會(huì)損失。為了避免瓦斯事故的發(fā)生，煤礦企業(yè)應(yīng)采用B型通風(fēng)技術(shù)，以有效避免工作面瓦斯超標(biāo)問(wèn)題，提升礦井通風(fēng)系統(tǒng)的安全性。由此看出，使用B型通風(fēng)技術(shù)具備十分重大的社會(huì)效益。

3.4.2 經(jīng)濟(jì)效益分析

首先，高瓦斯礦井通風(fēng)系統(tǒng)在整個(gè)煤礦安全生產(chǎn)過(guò)程中占據(jù)十分重要的位置，屬于礦井的生命線，但通風(fēng)耗能較大，需要企業(yè)承擔(dān)較重的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。對(duì)此，企業(yè)應(yīng)有效研究并采用高效的通風(fēng)系統(tǒng)，以達(dá)到降耗目的。而在采用B型通風(fēng)系統(tǒng)后，煤礦企業(yè)通風(fēng)電耗每年可以節(jié)約260萬(wàn)元。其次，在改建設(shè)計(jì)過(guò)程中，煤礦企業(yè)針對(duì)高瓦斯厚煤層采用了分層稀釋瓦斯的方案，使用B型通風(fēng)系統(tǒng)可以有效降低巷道掘進(jìn)率，避免厚煤層放頂煤開(kāi)采的障礙問(wèn)題，提高了煤礦企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益水平。最后，采用B型通風(fēng)技術(shù)，可以更好的做好礦井工作面的布置工作。一般綜采面長(zhǎng)度保持在800 m～1 000 m范圍內(nèi)，采用B型通風(fēng)技術(shù)后，綜放面長(zhǎng)度明顯增加，煤礦采儲(chǔ)量也提升，避免了回撤安裝問(wèn)題，降低了材料與人工費(fèi)用，每年節(jié)約280萬(wàn)元。

4 結(jié)語(yǔ)

煤礦安全生產(chǎn)的基礎(chǔ)是做好相關(guān)的通風(fēng)工作，企業(yè)只有加強(qiáng)通風(fēng)技術(shù)的管理工作，確保其良好的痛風(fēng)性，才可以確保作業(yè)的安全性。高瓦斯綜放面B型通風(fēng)模式屬于新型的通風(fēng)技術(shù)，其具備一定的科學(xué)性與合理性，以并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)為主，大幅度降低了工作面區(qū)域與礦井開(kāi)采的阻力，提升了礦井的實(shí)際通風(fēng)能力，消除了采空區(qū)自燃危險(xiǎn)。本文便通過(guò)實(shí)際案例分析了B型通風(fēng)模式的具體應(yīng)用，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，提出了更為系統(tǒng)的調(diào)控技術(shù)。