局部通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化技術(shù)在后安煤礦的實(shí)踐與應(yīng)用

任寶生

（山西靈石紅杏廣進(jìn)寶煤業(yè)有限公司，山西朔州036800）

就目前國(guó)內(nèi)外情況而言煤礦的許多重大事故與礦井的通風(fēng)系統(tǒng)息息相關(guān)，例如許多煤礦發(fā)生的煤塵爆炸事故、瓦斯爆炸事故無(wú)不與礦井通風(fēng)系統(tǒng)不合理，或者礦井的通風(fēng)系統(tǒng)本身沒(méi)有完整的形成有關(guān)系[1]。因此就每一個(gè)煤礦而言，一套合理的通風(fēng)系統(tǒng)是煤礦安全高效地生產(chǎn)的重要保障條件之一[2]。通俗的說(shuō)合理的礦井通風(fēng)系統(tǒng)是指運(yùn)用通風(fēng)動(dòng)力的手段和最經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行方式方法，向煤礦井下各個(gè)用風(fēng)的工作場(chǎng)所提供足夠的新鮮風(fēng)流，并且提供適宜的濕度、溫度，保持良好的氣候條件，從而保證井下作業(yè)人員的生命安全和工作環(huán)境的需要，采取符合實(shí)際工作的通風(fēng)方法和礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)[3]。且在發(fā)生災(zāi)害時(shí)，能夠做到及時(shí)而有效的控制風(fēng)向及風(fēng)量，并配合其他措施，將事故控制在一定范圍內(nèi)，防止災(zāi)害的進(jìn)一步擴(kuò)大[4]。尤其是在煤礦工作面回撤期間，在工作面支架回撤到一定程度時(shí)，頂板就會(huì)失去支撐后垮落下來(lái)，從而影響到正常的通風(fēng)，如果不能保證工作面通風(fēng)系統(tǒng)完整、可靠，就極易形成微風(fēng)、無(wú)風(fēng)的情況[5]。這樣很容易造成瓦斯積聚、煤塵飛揚(yáng)引發(fā)瓦斯爆炸、煤塵爆炸事故，另外還有可能引起由于缺氧造成現(xiàn)場(chǎng)工作人員窒息死亡事故的發(fā)生，因此在工作面回撤期間局部通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)整工作就顯得尤為重要[6]。本論文正是從這方面考慮，對(duì)山西朔州平魯區(qū)后安煤炭有限公司40201工作面回撤期間局部通風(fēng)系統(tǒng)就行了優(yōu)化調(diào)整，保證了礦井的安全高效地生產(chǎn)。

1 礦井及工作面概況

1.1 礦井概況

后安煤礦是山西朔州平魯區(qū)后安煤炭有限公司下屬煤礦，其具體位置是在朔州市平魯區(qū)東南約14.5km的陶村鄉(xiāng)王高登村附近，屬平魯區(qū)陶村鄉(xiāng)行政管轄。礦井的年生產(chǎn)能力為500×104t/a，煤田面積為4.8336km2，目前開(kāi)采的是4#、9#煤層。礦井采用的是斜立井混合開(kāi)拓方式，其中副斜井、主斜井和行人斜井為進(jìn)風(fēng)斜井，回風(fēng)立井為回風(fēng)井。礦井采用機(jī)械抽出式通風(fēng)方法，采用中央分列式通風(fēng)方式。礦井采用兩臺(tái)FBCDZ-10-№30型對(duì)旋式軸流通風(fēng)機(jī)作為礦井的主通風(fēng)機(jī)。其中，一臺(tái)作為工作風(fēng)機(jī)，一臺(tái)作為備用風(fēng)機(jī)。主要通風(fēng)機(jī)配備的電機(jī)型號(hào)為YBF630S1-10，功率280kW×2。井下所有采煤工作面均采用了全負(fù)壓分區(qū)式通風(fēng)，掘進(jìn)工作面均采用了壓入式通風(fēng)并且均實(shí)現(xiàn)了獨(dú)立通風(fēng)。煤礦的總風(fēng)量及各用風(fēng)地點(diǎn)風(fēng)量均能夠滿足礦井生產(chǎn)需要，且通風(fēng)系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。礦井于2019年委托重慶煤科院做了瓦斯等級(jí)鑒定，其中礦井瓦斯絕對(duì)涌出量為2.95m3/min，相對(duì)瓦斯涌出量為0.43m3/t，因此后安煤礦為低瓦斯礦井。目前礦井所開(kāi)采的4#、9#煤層均為Ⅱ類(lèi)自燃煤層，煤塵均有爆炸危險(xiǎn)性。礦井采掘機(jī)械化程度100%。目前4#煤層布置1個(gè)綜采工作面、1個(gè)掘進(jìn)工作面，9#煤層布置1個(gè)綜采工作面、5個(gè)掘進(jìn)工作面。

1.2 工作面概況

40201工作面位于井田東南部，東部為礦界保安煤柱，西部為未開(kāi)采的實(shí)體煤，北部與4#集中皮帶巷相鄰，南部與茂華白蘆煤業(yè)公司相鄰。40201工作面煤層厚度8.9m，煤層傾角1°～5°，平均傾角為5°，工作面切眼長(zhǎng)度為173.2m，工作面傾向長(zhǎng)度為300m。該工作面采用綜合機(jī)械化放頂煤采煤工藝，走向長(zhǎng)壁式采煤法，全部垮落法控制頂板。

2 問(wèn)題的提出

2.1 問(wèn)題的提出

2018年10月份后安煤礦40201工作面回采面臨尾聲，工作面要進(jìn)行搬家回撤工作，工作面支架回撤到一定程度時(shí)，頂板就會(huì)失去支撐后垮落下來(lái)，從而影響到工作面正常的通風(fēng)，如果不能保證工作面通風(fēng)系統(tǒng)完整、可靠，就極易形成微風(fēng)、無(wú)風(fēng)的情況。這樣很容易造成瓦斯積聚、煤塵飛揚(yáng)引發(fā)瓦斯爆炸、煤塵爆炸事故，因此工作面局部通風(fēng)系統(tǒng)調(diào)整優(yōu)化工作迫在眉睫。

2.2 工作面風(fēng)量計(jì)算

（1）按瓦斯涌出量計(jì)算[7]：

式中：Q采——回采工作面實(shí)際配要的風(fēng)量，m3/min；

100——按采煤工作面回風(fēng)流中瓦斯的濃度不應(yīng)超過(guò)1%的換算系數(shù),根據(jù)晉市煤局瓦字[2011]516號(hào)規(guī)定甲烷傳感器報(bào)警值、斷電值、復(fù)電值下調(diào)20%，因此換算系數(shù)為125；

q瓦采——回采工作面回風(fēng)巷風(fēng)流中平均絕對(duì)CH4涌出量，根據(jù)瓦斯涌出量鑒定報(bào)告4#煤層綜采工作面絕對(duì)CH4涌出量為0.93m3/min，則q瓦采=0.93m3/min；

K采通——回采工作面瓦斯涌出不均勻的備用風(fēng)量系數(shù)，取1.4。

（2）按二氧化碳涌出量計(jì)算：

式中：Q采——回采工作面實(shí)際配要的風(fēng)量，m3/min；

67——按采煤工作面回風(fēng)流中CO2的濃度不應(yīng)超過(guò)1.5%的換算系數(shù)；

Q二氧——回采工作面回風(fēng)巷風(fēng)流中平均絕對(duì)CO2涌出量，根據(jù)瓦斯涌出量鑒定報(bào)告4#煤層綜采工作面絕對(duì)CO2涌出量為1.25m3/min，則q二氧=1.25m3/min；

K采通——回采工作面CO2涌出不均勻的備用風(fēng)量系數(shù)，取1.2。

（3）按工作面人員數(shù)量計(jì)算：

式中：N——回采工作面交接班的最多人數(shù)，50人；

4——每人需風(fēng)量，4m3/min。

（4）按氣象條件計(jì)算：

式中:Qcf——回采工作面實(shí)際配要風(fēng)量，m3/min；

Vcf——回采工作面的風(fēng)速，取1.0m/s；

Scf——回采工作面平均有效斷面積，15.26m2；

Kch——回采工作面采高調(diào)整系數(shù)，1.2；

Kcl——回采工作面長(zhǎng)度調(diào)整系數(shù)，1.2；

70%——有效通風(fēng)斷面系數(shù)；

60——單位換算產(chǎn)生的系數(shù)。

則：Qcf=60×70%×1.0×15.26×1.2×1.2=922（m3/min）

（5）風(fēng)速驗(yàn)算：依照《煤礦安全規(guī)程》第136條規(guī)定，40201綜采工作面在采取煤層注水和采煤機(jī)噴霧降塵等綜合防塵措施后的最低風(fēng)速為0.25m/s，最高風(fēng)速不得高于5m/s，通過(guò)上面三種方法計(jì)算后，取最大值進(jìn)行驗(yàn)算。

驗(yàn)算最小風(fēng)量：

驗(yàn)算最大風(fēng)量：

式中：Scb——采煤工作面最大控頂有效斷面積，m2；

lcb——采煤工作面最大控頂距，5.8m；

hcf——采煤工作面實(shí)際采高，2.8m;

Scs——采煤工作面最小控頂有效斷面積，m2；

lcs——采煤工作面最小控頂距，5.1m；

0.25——采煤工作面允許的最小風(fēng)速，0.25m/s;

5.0——采煤工作面允許最大風(fēng)速，5.0m/s;

70%——有效通風(fēng)斷面系數(shù)。

通過(guò)驗(yàn)算，40201采煤工作面實(shí)際需風(fēng)量922m3/min，滿足工作面風(fēng)速要求。

（6）配風(fēng)量的確定：經(jīng)以上計(jì)算，40201綜采工作面配風(fēng)量取922m3/min。

3 局部通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)整的實(shí)踐與應(yīng)用

3.1 局部通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)整技術(shù)的應(yīng)用

根據(jù)搬家回撤期間實(shí)際情況，需要將40201綜采工作面搬家期間的風(fēng)流方向與實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中風(fēng)流方向反向（即軌道順槽進(jìn)風(fēng)、膠運(yùn)順槽回風(fēng)），40201工作面正常生產(chǎn)時(shí)40201通風(fēng)系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 40201搬家工作面調(diào)整通風(fēng)系統(tǒng)前通風(fēng)系統(tǒng)示意圖

首先，在40201膠運(yùn)順槽回風(fēng)聯(lián)巷密閉中間開(kāi)一個(gè)600mm×600mm口（最后將密閉拆除到原調(diào)節(jié)處進(jìn)行風(fēng)量調(diào)節(jié)），然后將40201軌道順槽口處密閉啟封，回風(fēng)聯(lián)巷進(jìn)行封閉，再將40201軌道順槽兩道風(fēng)門(mén)同時(shí)打開(kāi)（最后將風(fēng)門(mén)進(jìn)行拆除），同時(shí)關(guān)閉40201膠運(yùn)順槽兩道風(fēng)門(mén)。使風(fēng)流方向反向，軌道順槽進(jìn)風(fēng)，膠運(yùn)順槽回風(fēng)。其次，測(cè)風(fēng)員對(duì)40201搬家工作面進(jìn)行測(cè)風(fēng)，利用膠運(yùn)順槽回風(fēng)聯(lián)巷原調(diào)節(jié)風(fēng)門(mén)進(jìn)行風(fēng)量調(diào)節(jié)，最終將40201搬家工作面風(fēng)量調(diào)節(jié)到不低于正常生產(chǎn)時(shí)所需風(fēng)量的一半，即不低于461m3/min。40202準(zhǔn)備工作面風(fēng)量調(diào)節(jié)到不低于461m3/min。40201工作面搬家回撤期間通風(fēng)系統(tǒng)調(diào)整后通風(fēng)系統(tǒng)圖如圖2所示。

圖2 40201搬家工作面調(diào)整通風(fēng)系統(tǒng)后通風(fēng)系統(tǒng)示意圖

最后，搬家期間測(cè)風(fēng)員不定期對(duì)搬家工作面進(jìn)行測(cè)風(fēng)，如果搬家工作面在回撤支架期間發(fā)生頂板大面積垮落造成工作面風(fēng)速小于0.25m/s時(shí)，則立即啟動(dòng)局部通風(fēng)機(jī)，對(duì)搬家工作面采取局部通風(fēng)機(jī)供風(fēng)，風(fēng)筒出口距離回撤支架工作地點(diǎn)不得大于5m,并同時(shí)將40201軌道順槽回風(fēng)聯(lián)巷密閉打開(kāi)，改為調(diào)節(jié)風(fēng)門(mén)進(jìn)行風(fēng)量調(diào)節(jié)。調(diào)整通風(fēng)系統(tǒng)完畢后，由通風(fēng)區(qū)通知調(diào)度室，由監(jiān)控電工負(fù)責(zé)按照標(biāo)準(zhǔn)重新吊掛各類(lèi)傳感器。40201搬家工作面開(kāi)啟局扇后通風(fēng)系統(tǒng)示意圖如圖3所示。

圖3 40201搬家工作面開(kāi)啟局扇后通風(fēng)系統(tǒng)示意圖

3.2 局部通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)整技術(shù)的注意事項(xiàng)

（1）啟封40201膠運(yùn)回風(fēng)聯(lián)巷密閉時(shí)，先由瓦斯員檢查密閉墻外的氣體，只有在瓦斯?jié)舛炔怀?%，二氧化碳濃度不超1.5%時(shí)，方可進(jìn)行啟封。

（2）啟封密閉時(shí)嚴(yán)禁使用鐵器進(jìn)行啟封，必須使用銅制工具進(jìn)行啟封。

（3）啟封時(shí)必須嚴(yán)格按小斷面形成通風(fēng)系統(tǒng)，待瓦斯員檢查有害氣體濃度不超限時(shí)，方可逐漸進(jìn)行擴(kuò)拆。

（4）在拆除40201軌道順槽風(fēng)門(mén)時(shí)，材料要碼放整齊，最后統(tǒng)一進(jìn)行清理，不得影響運(yùn)輸和行人。

（5）在搬運(yùn)風(fēng)門(mén)時(shí)，搬運(yùn)人員要口號(hào)一致，防止碰手、砸腳。

（6）在拆除風(fēng)門(mén)墻，需要搭架時(shí)，搭架材料必須使用結(jié)實(shí)的材料進(jìn)行搭設(shè)，搭設(shè)完成后由現(xiàn)場(chǎng)安全負(fù)責(zé)人檢查無(wú)安全隱患后，方可投入使用。

（7）拆除風(fēng)門(mén)前，必須首先進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)安全確認(rèn)。

（8）在拆、裝設(shè)備期間，跟班隊(duì)長(zhǎng)、班組長(zhǎng)、電工、瓦斯員、安全員必須隨身攜帶便攜式甲烷報(bào)警儀，當(dāng)工作面瓦斯?jié)舛瘸迺r(shí)，必須停止一切工作，查明原因，進(jìn)行處理。待恢復(fù)正常后方可繼續(xù)作業(yè)。

（9）在搬家期間必須加強(qiáng)通風(fēng)設(shè)施管理，每班由瓦斯員對(duì)通風(fēng)設(shè)施進(jìn)行檢查，如有損壞及時(shí)匯報(bào)通風(fēng)調(diào)度值班室，通風(fēng)區(qū)領(lǐng)導(dǎo)安排人員及時(shí)進(jìn)行恢復(fù)。

（10）在回撤支架期間發(fā)生頂板大面積垮落，破壞通風(fēng)系統(tǒng)時(shí)，由通風(fēng)區(qū)派測(cè)風(fēng)員將40201軌道回風(fēng)聯(lián)巷調(diào)節(jié)風(fēng)門(mén)打開(kāi)，然后由專(zhuān)職電工將局部通風(fēng)機(jī)開(kāi)啟，風(fēng)筒出口距離回撤支架工作地點(diǎn)不得大于5m，測(cè)風(fēng)員對(duì)風(fēng)量進(jìn)行調(diào)節(jié)，并在40201膠運(yùn)回風(fēng)聯(lián)巷向里3000mm范圍內(nèi)安裝柵欄，并吊掛“禁止入內(nèi)”警示牌板。

（11）在40201工作面搬家結(jié)束后，拆除所有通風(fēng)設(shè)施，并在45d內(nèi)，對(duì)其進(jìn)行全部封閉。

（12）砌筑密閉時(shí)，要嚴(yán)格按照防火密閉構(gòu)筑標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行構(gòu)筑。

（13）40201膠運(yùn)巷口和40202膠運(yùn)巷口風(fēng)門(mén)管理措施：

①風(fēng)門(mén)由瓦斯員負(fù)責(zé)每班進(jìn)行巡檢，綜采一隊(duì)負(fù)責(zé)對(duì)風(fēng)門(mén)進(jìn)行日常維護(hù)和管理。瓦斯員發(fā)現(xiàn)風(fēng)門(mén)損壞時(shí)，及時(shí)進(jìn)行匯報(bào)、處理。并對(duì)損壞風(fēng)門(mén)責(zé)任單位跟班隊(duì)長(zhǎng)罰款100元。

②任何人通過(guò)風(fēng)門(mén)時(shí)，只有先打開(kāi)第一道風(fēng)門(mén)人員進(jìn)入后并關(guān)閉該風(fēng)門(mén)，然后再打開(kāi)第二道風(fēng)門(mén)，待人員通過(guò)后，再關(guān)閉第二道風(fēng)門(mén)。嚴(yán)禁將兩道風(fēng)門(mén)同時(shí)打開(kāi)。如有發(fā)現(xiàn)，對(duì)責(zé)任人罰款100元。

③嚴(yán)禁過(guò)車(chē)時(shí)私自拆除閉鎖裝置，如有發(fā)現(xiàn)，對(duì)責(zé)任人罰款500元。

④風(fēng)門(mén)前后5m范圍內(nèi)，不得有雜物和積水。

⑤風(fēng)門(mén)構(gòu)筑完成后，吊掛風(fēng)門(mén)管理牌板。

（14）局部通風(fēng)管理措施：

①局部通風(fēng)機(jī)由隊(duì)組跟班隊(duì)長(zhǎng)負(fù)責(zé)，每天早班安排專(zhuān)人進(jìn)行風(fēng)機(jī)切換，并將切換結(jié)果填寫(xiě)到切換記錄牌板上，保證正常通風(fēng)。在中班回撤支架期間，因檢修、停電、故障等原因停風(fēng)時(shí)，必須將施工人員全部撤出工作面，綜采一隊(duì)安排人員進(jìn)行進(jìn)行處理；在早、夜班工作面未組織回撤工作時(shí)，監(jiān)測(cè)監(jiān)控要對(duì)局部通風(fēng)機(jī)開(kāi)停進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，如現(xiàn)場(chǎng)局部通風(fēng)機(jī)因停電、故障等原因停風(fēng)時(shí)，通過(guò)風(fēng)機(jī)開(kāi)停傳感器實(shí)時(shí)上傳到礦調(diào)度臺(tái)，監(jiān)測(cè)監(jiān)控立即通知通風(fēng)區(qū)及綜采一隊(duì)，綜采一隊(duì)負(fù)責(zé)對(duì)其進(jìn)行處理。

②恢復(fù)通風(fēng)前，必須由專(zhuān)職瓦斯檢查員檢查瓦斯，只有在局部通風(fēng)機(jī)及其開(kāi)關(guān)附近10m以內(nèi)風(fēng)流中瓦斯和二氧化碳濃度都不超過(guò)0.5%時(shí)，方可開(kāi)啟局部通風(fēng)機(jī)。

③壓入式局部通風(fēng)機(jī)和啟動(dòng)裝置，必須安裝在進(jìn)風(fēng)巷道中，距40201軌道回風(fēng)聯(lián)巷不得小于10m且局部通風(fēng)機(jī)專(zhuān)用開(kāi)關(guān)設(shè)在局部通風(fēng)機(jī)前至少5m處。

④局部通風(fēng)機(jī)不得發(fā)生循環(huán)風(fēng)。

⑤風(fēng)筒采用?800mm的防靜電、阻燃風(fēng)筒。風(fēng)筒要嚴(yán)格按照規(guī)定進(jìn)行吊掛，做到“平、直、穩(wěn)、逢環(huán)必掛”，遇到拐彎時(shí)，不得拐死角，必須使用螺旋風(fēng)筒進(jìn)行過(guò)渡。

⑥風(fēng)筒出風(fēng)口距回撤支架工作地點(diǎn)不得大于5m。

⑦風(fēng)機(jī)采用FBDNO.6.3/2×22kW局部通風(fēng)機(jī)2臺(tái)，風(fēng)機(jī)必須實(shí)現(xiàn)雙風(fēng)機(jī)，雙電源，三專(zhuān)兩閉鎖，并能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)切換。并吊掛風(fēng)機(jī)管理牌板和風(fēng)機(jī)切換牌板。

4 局部通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化效果分析

自從2018年10月份后安煤礦40201綜放工作面開(kāi)始搬家回撤以來(lái)由于及時(shí)進(jìn)行的局部通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)整后，工作面為發(fā)生一起瓦斯積聚、人員窒息、粉塵爆炸等事故，具有明顯的使用效果，保證了工作面的安全高效地回撤，為礦井安全生產(chǎn)提供了技術(shù)保障，具有重要的理論意義和現(xiàn)實(shí)意義。

5 結(jié)論

實(shí)施局部通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化技術(shù)收到良好的使用效果可知，局部通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)整技術(shù)是一項(xiàng)成本低廉、制作方便、工人勞動(dòng)強(qiáng)度低、效果明顯、安全可靠的通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)整技術(shù)，在煤礦現(xiàn)場(chǎng)得到了廣泛地推廣和應(yīng)用，但是值得注意的是必須結(jié)合煤礦現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況采取切實(shí)可行的局部通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化技術(shù)，并且該技術(shù)與其他通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化技術(shù)有機(jī)結(jié)合使用效果會(huì)更好。