局部通风系统优化对矿井安全生产的影响

2022-05-26臧燕杰杨彦龙

陕西煤炭 2022年3期

臧燕杰，杨彦龙

(国网能源和丰煤电有限公司沙吉海煤矿，新疆塔城 834700)

0 引言

煤炭在我国能源结构中占据主导地位。近年来，随着采煤工艺及技术的不断改进和综采设备自动化水平及可靠性的不断提升，工作面的采煤效率得到不断提升[1-3]。矿井火灾是矿山开采主要灾害之一[4]，相对于地面火灾，矿井火灾的特点主要是井下空间小、工作场所狭窄、难以躲避和疏散、不易被发现等，严重威胁到工作人员的生命及财产安全[5-7]。

回采工作面采空区遗煤易发生自燃，采空区可划分为三带，即散热带、氧化(自燃)带、窒息带[8-10]。采空区三带的分布规律对防治采空区煤层自燃至关重要，一般可以根据氧化带的分布范围、自然发火期等制定合理的工作面推进速度、防灭火系统，可有效防治采空区自燃。采空区三带分布特征会受到通风方式和漏风量等因素的影响，同时合理的通风方式也对安全生产、高产高效的矿井至关重要[11-13]。

沙吉海煤矿目前开采B10煤层属于容易自燃煤层，根据《煤炭矿井设计防火规范》(GB 51078—2015)需采取综合防灭火措施，同时根据《煤矿安全规程》第150条规定，采、掘工作面应当实行独立通风，严禁2个采煤工作面之间串联通风。为了后期W05掘进工作面能够顺利开工，符合规程要求，经研究决定施工+630 m水平回风通道，重新选址构筑通风设施，改变风流线路，使W03综放工作面通风方式由下行通风调整为上行通风[14-16]。

1 矿井概况

沙吉海矿井设计生产能力500万t/年，采用两斜井一立井的综合开拓方式，主运输采用胶带运输机，辅助运输为轨道+无轨胶轮混合运输，通风方法采用机械抽出式，通风方式为中央分列式，主、副斜井进风，立风井回风。

W03工作面位于三采区西翼，该工作面东部为运输上山保护煤柱，南部为W01工作面采空区，西部为井田边界保护煤柱，北部为未开采工作面。目前W03工作面采用全风压“U”型下行通风，通风路线为轨道顺槽进风，运输顺槽回风，设计配风量1 281 m3/min。通风线路为主(副)井→轨道石门→轨道上山→+630m水平车场绕道→W03轨道顺槽→W03综放工作面→W03运输顺槽→W03运输顺槽联络巷→+590 m水平车场绕道→+590 m水平绕道回风道→回风上山→+569 m水平回风石门→立风井→地面，具体工作面通风路线如图1所示。

图1 调整前W03工作面通风路线Fig.1 Ventilation route of W03 working face before adjustment

2 W03工作面通风系统调整方案

2.1 通风设施布置

为防止运输上山风流经+630 m水平回风道直接进回风上山，造成工作面风流短路，需在W03轨道顺槽口构筑1组永久风门。为防止轨道上山风流经+630 m水平车场直接进回风上山，造成轨道上山风机前风流短路，需在+630 m水平车场内(回风道与轨道上山巷口之间)构筑1组永久自动风门，具体风门构筑位置如图2所示。为避免W03工作面进风流经+590 m水平回风道直接进回风上山，造成工作面风流短路，需在+590 m水平车场(西翼侧)构筑1组永久自动风门，具体风门构筑位置如图3所示。

图2 +630 m水平风门构筑位置Fig.2 Damper construction position in +630 m level

图3 +590 m水平风门构筑位置Fig.3 Damper construction position in +590 m level

拆除W03运输顺槽口永久风门，保证工作面进风流畅通。为保证W03工作面调整为上行通风后形成完整的独立通风系统，掘进施工+630 m水平回风道，最后形成通风系统如图4所示。回风道采用EBZ-260型综掘机掘进，以锚网索喷的支护形式进行永久支护，断面积13.09 m2，掘进期间采用局部通风机通风，设计风量209 m3/min。

图4 调整后W03工作面通风路线Fig.4 Ventilation route of W03 working face after adjustment

根据《煤矿安全规程》第143条规定，特编制贯通通风系统调整方案及安全技术措施。贯通后通风路线为主(副)斜井→轨道(运输)石门→运输上山→W03运输顺槽→W03工作面→W03轨道顺槽→+630 m水平车场绕道→+630 m水平回风道→回风上山→+569 m水平回风石门→立风井→地面。

2.2 安全技术方案

根据矿井采空区防灭火经验，W03工作面采用以连续注氮、条带式注浆为主，以撒施阻化剂、三相泡沫定向防灭火及地表裂隙回填为辅，监测监控、束管取样分析和电阻测温为监测手段的综合防灭火体系[17-19]。为了通风系统调整后防灭火系统建设的合理性，提前做好防灭火分系统的建设。

W03工作面通风系统调整时，成立了以总工程师为组长的安全风险辨识评估小组，通过现场勘查以及调阅相关内业资料，最后研究讨论W03工作面通风系统调整共辨识出9项危险因素，不存在重大风险，针对辨识出的危险因素编制《W03工作面通风系统调整方案及安全技术措施》。严格按照标准化要求构筑好选定位置的通风设施。按照《煤矿安全规程》第143条规定，编制专项贯通措施，做好贯通前后的风量测定并做好记录。严格落实瓦斯巡回检查制度，杜绝瓦斯超限作业，且现场有专人指挥，严格按照提前制定的方案执行。

3 调整W03工作面通风方式的优点

3.1 通风系统布置

W03工作面通风方式调整后，采用全风压“U”型上行通风，通风路线为运输顺槽进风，轨道顺槽回风，通风路线简单，进回风压差分布均匀，减少采空区漏风。瓦斯密度小于空气，往往大部分漂浮于顶板上部，改为上行通风后，风流方向与瓦斯漂浮方向一致，这样一来风流对瓦斯的扰动和混合能力减弱，容易造成上隅角瓦斯积聚，增大工作面风量可以解决瓦斯积聚这一问题[20]。

3.2 调整后工作面采空区“三带”分布

W03工作面通风方式改变后，采空区“三带”划分重点以氧气浓度为指标，从工作面液压支架前200 m沿轨道顺槽底板靠近煤壁外帮敷设一趟5芯束管及温度采集线路(共5根)，外套φ50 mm无缝钢管，分别测定采空区不同位置气体浓度变化。确定自燃“三带”范围时按照氧浓度划分，散热带氧气浓度>15%，氧化带氧气浓度在5%～15%，窒息带氧气浓度<5%。

经过现场实测数据得出，进风侧架后20 m范围为散热区，回风侧10 m范围为散热区；工作面倾向中部有一狭长区域散热区，其走向宽度约15 m左右。采空区氧化升温区有2个，一个位于进风侧架后20～70 m，运输顺槽煤帮至采空区20 m；另一个位于回风侧架后10～60 m，轨道顺槽煤帮至采空区15 m，如图5所示。

图5 调整后采空区“三带”范围Fig.5 “Three zones” range in goaf after adjustment

采用不同的通风方式监测相同埋深的点。通风方式改变前采空区CO浓度最高为68×10-6，埋深50 m后CO浓度逐渐下降，温度最高28 ℃，埋深40 m后呈下降趋势，O2浓度在氧化升温带下降缓慢。回风隅角O2浓度整体在20%以下，存在低氧报警的风险，CO浓度长期在22×10-6左右，存在气体超限的风险。通风方式改变后CO浓度最高58×10-6，埋深40 m后CO浓度逐渐下降，温度最高27 ℃，埋深40 m后呈下降趋势，O2浓度在氧化升温带下降较快，且“三带”区域明显缩小。回风隅角O2浓度整体在20%以上，CO浓度整体在15×10-6左右，不存在气体超限的风险。