高廷瑞

(陽煤集團二礦, 山西 陽泉市 045000)

隨著煤礦生產技術的提高,煤炭產量逐年增加,煤礦開采條件逐漸復雜,不少工作面出現了瓦斯及有害氣體超限現象。某煤礦為治理3303工作面上隅角及回風巷瓦斯超限問題,采用了均壓通風技術,本文針對均壓系統(tǒng)的建立進行了研究,對準確治理瓦斯問題具有借鑒意義。

1 工程背景

某煤礦3＃煤層3303工作面從開切眼開始推進60 m左右時,出現上隅角瓦斯超限現象,其中工作面上隅角CH4含量為0.9%,CO2為2.2%,回風巷O2濃度15%。經過綜合分析,最終礦方采用均壓通風技術對上隅角瓦斯超限問題進行治理。

均壓通風系統(tǒng)的設計具有多樣性,主要是通過改變調節(jié)風窗、局部通風機、調壓氣室等設施相互組合來實現。8＃層工作面要求抑制采空區(qū)內瓦斯等有害氣體涌向工作面,同時要求均壓系統(tǒng)減少采空區(qū)漏風,保證工作面安全生產。通過文獻檢索、現場調研,最終選用如圖1所示的采用局扇與調節(jié)風窗組成的均壓通風系統(tǒng)。

2 均壓通風系統(tǒng)構建

2.1 工作面需風量

(1)按工作面溫度和風速,計算公式為：

式中,Qi為第i個工作面實際需要的風量,m3/min;Vi為第i個工作面風速,m/s(見表1);Si為第i個工作面的平均斷面積,m2,估算為6 m2;Ki為第i個工作面面長調整系數,查表取1.1,計算得594 m3/min,即9.9 m3/s。

圖1 綜放工作面均壓通風系統(tǒng)

表1 采煤工作面空氣溫度與合適風速對應

(2)按人數計算,公式為：

式中,Ni為第i個工作面同時最多工作人數,人;則Qi＝4×20＝80 m3/min。

(3)按瓦斯涌出量計算,公式為：

式中,q為工作面瓦斯絕對涌出量,m3/min;根據礦井瓦斯鑒定資料,取3.0 m3/min;Ki為備用風量系數,取1.5,代入式(3)得,452 m3/min,即7.5 m3/s。

(4)按巷道最低風速驗算,Qi＝15×Si＝90 m3/min。

(5)按巷道最高風速進行驗算,Qi＝240×Si＝1440 m3/min。

經計算,按工作面的氣溫和風速計算出的風量最大,結合煤礦生產實際,參考臨近礦井配風數據,為保證采空區(qū)不產生大量漏風現象,回采工作面風量確定為9.9 m3/s,礦井實際生產過程中可根據瓦斯涌出和井下氣溫條件進行適當調整。

2.2 調節(jié)風窗面積

在回風巷設置一個矩形帶拉板的窗口,其下設置自動閉鎖風門,如圖2所示。

圖2 調節(jié)風窗

該煤業(yè)公司礦山通風采用機械抽出式負壓通風,現場測試發(fā)現,井上下實際壓差為450～1450 Pa。因此,只有保證均壓區(qū)內風壓高于均壓區(qū)外的風壓強度,且其壓差值維持在450～1450 Pa之間,才能確保工作面采空區(qū)內的瓦斯及有害氣體不會大量涌入工作面上隅角,造成威脅。

式中,Q為工作面風量,m3/s;Sw為回風巷斷面面積,m2;hw為風門的阻力,Pa,即風門兩側連接的U型管的壓差。

工作面需風量取594 m3/min,均壓區(qū)內外壓差取500 Pa,通過上式計算可得,本次研究設計的風窗面積為0.55 m2。

2.3 局部通風機選型

根據該礦井實際通風情況,同時考慮密閉墻處刮板輸送機口及采空區(qū)的漏風量,確定局部通風機的吸風量必須大于894 m3/min,才能滿足工作面通風要求。綜上所述,本次研究工作面選用FBDNO－8－2×45 k W對旋局部通風機。

2.4 均壓系統(tǒng)的布置

圖3、圖4為該煤礦均壓通風系統(tǒng)布置,由圖可知,均壓系統(tǒng)布置主要是在運輸順槽口設置2道間距為5 m的密閉墻,并在其留設刮板機口上預埋2個鐵風筒,同時安設風門。上文選型設計的局部通風機向回采工作面壓風,使回采工作面形成正壓通風方式。

在回風順槽口上同樣設置2道密閉墻,其上布置有風窗、風門和導氣管。同時安設U型水柱計,監(jiān)測密閉墻兩側的風壓差。

圖3 進風巷均壓系統(tǒng)通風設施安裝示意

圖4 回風巷均壓系統(tǒng)安裝示意

若仍不滿足通風要求,可以采用更換風量更大的局部通風機或減小風窗開口面積;如果增壓值過大,則通過增大風門的通風面積,降低增壓值。

2.5 均壓系統(tǒng)的建立

均壓設施構筑完成后,開始對3303工作面建立均壓。風流穩(wěn)定后測得風量為606 m3/min,上隅角CH4濃度為0.26%,CO2濃度為0.5%,O2濃度為19.7%。為保證本次研究均壓通風系統(tǒng)具有穩(wěn)定性、可靠性,對上隅角、回風流中的CH4、CO2及CO濃度進行24 h跟進監(jiān)測,上隅角CH4濃度始終處于0.2%左右,CO2濃度始終處于0.5%以下;回風流中CH4、CO2濃度均穩(wěn)定在0.1%左右。

啟動均壓通風系統(tǒng)后,減小了漏風通道兩端的壓差,明顯降低了3＃煤層工作面有害氣體的涌出速度,有效解決了工作面瓦斯及有害氣體濃度較高的問題,在實際應用中取得良好的效果。

3 結 論

本文以某煤礦3303工作面發(fā)生瓦斯超限問題為研究背景,采用均壓通風技術進行治理。通過理論計算及分析對比后,確定了均壓系統(tǒng)相關參數、設備選型及系統(tǒng)布置方式,研究結論如下：

(1)根據降壓減風的原則,回采工作面風量推薦為9.9 m3/s;設計風窗的面積為0.55 m2,寬為0.46 m,高為1.2 m,面積0～0.55 m2可調;選擇FBDNO－8－2×45 k W對旋局部通風機。

(2)在理論研究的基礎上,提出了工作面正壓通風方式,并在回風側的密閉墻上設置調節(jié)風窗,從而對工作面的風壓進行實時調節(jié)。為了能夠實時監(jiān)測工作面的風壓,在回風側密閉墻安設U型水柱計,以便能夠及時了解工作面的風壓,從而通過調節(jié)風窗的大小控制工作面的風壓。

(3)啟動均壓通風系統(tǒng)后,風流穩(wěn)定后測得風量為606 m3/min,上隅角CH4濃度為0.26%,CO2濃度為0.5%,O2濃度為19.7%。3＃工作面有害氣體的涌出問題得到了有效控制,取得了很好的效果。