均压技术治理综采工作面回风隅角低氧问题

2022-07-26张丽芳

山西焦煤科技 2022年6期

张丽芳

(霍州煤电集团公司安全管理部，山西霍州 031400)

霍州煤电集团李雅庄煤矿属高瓦斯矿井，为多煤层开采，开采煤层属I类易自燃煤层。井下采空区条件复杂，管理难度大，采空区遗煤易发生低温氧化现象，进而造成采空区内压力逐渐上升，采空区内低氧气体通过煤柱及密闭裂隙形成的垂直漏风通道涌入到下层工作面回风隅角，造成回风隅角氧气浓度下降危害矿井安全生产。均压通风技术可利用调压风机、调节风门、风窗等通风设施调整工作面某区域的空气压力分布，进而改变漏风方向或减少漏风，实现对工作面回风隅角低氧问题的治理[1-5]. 本文以李雅庄煤矿2-607工作面为例，采用均压通风技术对工作面回风隅角低氧问题进行治理。

1 2-607工作面通风概况

李雅庄煤2-607工作面北部为2-609工作面，南部为2-605采空区，西部为大巷。2-607工作面双巷布置，采用一进一回的“U型”通风方式，2-607主运顺槽为专用进风巷，2-607回风顺槽为专用回风巷，2-607工作面布置示意图见图1.

2020年12月28日，当2-607工作面推至525 m处时，检测到工作面回风隅角至工作面运输机机尾区域氧气浓度含量低于18%，存在安全隐患。立即采取针对性的解决措施，在2-607工作面上、下隅角安设挡风帘，同时在靠近回风隅角4台支架处安设导风帘。采取措施后，工作面回风隅角氧气浓度含量随即上升至18%以上，但在1天后再次检测下降至13%左右，严重危害工作面的回采安全，可见采取的治理对策效果不佳。

图1 2-607工作面通风系统示意图

2 回风隅角低氧原因分析

2-605工作面采空区距离2-607工作面18 m，1-2煤层采空区距离2-607工作面62 m. 而2-605工作面采空区和1-2煤层采空区尽管采取了密闭、地表裂隙封堵等措施，但采空区内从围岩及遗煤仍不断释放出瓦斯，同时遗煤发生的低温氧化现象，不但消耗氧气，也生成一氧化碳、二氧化碳等其他气体，这就造成在采空区空间内存在大量的低氧气体。2-607工作面回采开始后，随着顶板垮落，上覆岩层被破坏，裂隙不断发育，且矿井地应力明显，上隅角处两侧煤柱回缩较大，底板有多处起鼓，在工作面整体负压作用下，2-605工作面采空区和1-2煤层采空区与2-607工作面产生压差，采空区内低氧气体沿裂隙形成的漏风通道向2-607工作面上隅角积聚，导致工作面上隅角氧气浓度降低。

3 均压通风技术方案的设计

为有效治理2-607工作面回风隅角氧气浓度偏低的问题，设计采用均压通风技术方案，通过提高2-607工作面绝对压力，减少采空区漏风，防止2-605工作面采空区和上部1-2煤层采空区低氧气体下泄，达到提高2-607工作面回风隅角氧气浓度的目的。

减少上部采空区气体对生产工作面回采影响，需降低2-607工作面与其临近采空区的气体压力差值，为此在2-607工作面主运顺槽向临近2-605采空区施工钻孔1个，布置“U”型压差计，测定上部采空区与回采工作面压差。通过测定发现，将2-607工作面压力提高180～280 Pa时，可有效控制工作面上部的有毒有害气体流入到2-607采空区。因此需对2-607工作面布置调压设施，提高工作面气压，确保均压通风方案顺利实施。

3.1 均压风机选型

根据煤矿通风能力核定标准AQ1056-2008确定2-607工作面采用系统负压通风时工作面风量为730 m3/min，2-607工作面进、回风顺槽和工作面的总长度为1 000 m，计算其通风阻力为900 Pa. 因此，均压风机必须满足实际风量大于730 m3/min，风压应大于900 Pa的要求，确定选择两台FBDNo7.1#2×45 kW矿用隔爆型对旋压入式局部通风机，配用功率2×45 kW，风量500～750 m3/min，全压900～6 630 Pa，转速2 950 r/min，额定电压380/660/1 140 V，额定电流67.9/39.1/22.6，对旋型最高全压效率为85%.

3.2 均压通风方法

2-607工作面实施均压通风技术方法见图2，在2-607工作面主运顺槽和回风顺槽分别设置一组(两道)调压风门，包括安设“U”型压差计和调节风窗等设施，用来监测与调控工作面风压；在2-607工作面主运顺槽调压风门外安设两台FBDNo7.1#2×45 kW矿用隔爆型对旋压入式局部通风机，d800 mm风筒联接均压风机，穿过两道均压风门后再延长200 m，通过风门墙体向2-607工作面送风，该设计可有效减少风筒风流返流到均压风门外。

图2 2-607工作面均压通风系统示意图

通过上述通风设备的安装和设施的构建，2-607工作面已处于一个相对封闭的空间，通过均压风机向封闭区域供风，通过2-607主运风槽和2-607回风顺槽上调压风门的调节风窗实现对工作面压差的调节，进而可以提高2-607工作面的压力差，防止2-605工作面采空区和上部1-2煤层采空区低氧气体下泄至2-607工作面回风隅角。

3.3 均压系统运行时的安全技术措施

3.3.1 均压系统启动前准备

均压系统启动前，须由通风区提前通知周边矿井，告知均压面具体位置及启动时间，方便其做好应急准备。对于2-607工作面，需要撤出工作面及两巷所有人员，并将工作面及两巷内全部非本质安全型电气设备开关打至零位。

3.3.2 系统调试注意事项

开启均压通风机后，需要先关闭回风巷均压风门，后关闭进风巷均压调节风门，并逐步调整通风系统。

1) 密切关注并调整气体参数。均压通风机启动后要密切关注2-607工作面气体参数变化，调整均压调节风门确保2-607工作面气体正常与通风系统稳定。2-607工作面主运顺槽风量保持不低于730 m3/min，同时进、回风顺槽均压风门内外的压差均保持在180～280 Pa，工作面与邻近采空区压能基本平衡[6].

2) 测试运行并限制人员进入。均压系统启动时，禁止所有人员进入均压区域范围内。待均压系统运行8 h以上并稳定后，检测人员进入2-607工作面检查回风隅角、工作面及回风流气体情况，确定CO浓度<24×10-6，CO2浓度<1.5%，O2浓度>18%后，方可允许其他工作人员进入工作面作业。

3.3.3 系统故障处理

1) 均压工作面发生主风机停运、备用风机开启时的处理措施：a) 发现主风机运行不正常时，必须将工作面及两巷超前支护20 m内工作人员撤离到进风巷新鲜风流中。b) 将回风顺槽超前支护20 m外及在回风流作业的所有人员撤到新鲜风流中。c) 核对撤出人数，查明主风机停运原因，待主、备风机全部恢复工作后才能恢复生产。

2) 均压工作面发生主风机、备用风机全部停运后的处理措施：a) 发现主风机运行不正常时，必须将工作面及两巷超前支护20 m内工作人员撤离到进风巷新鲜风流中。b) 将回风顺槽超前支护20 m外及在回风流作业的所有人员撤到新鲜风流中。c) 通风机岗位工作人员立即打开均压风门，连同风门工作人员对现场风量和气体进行实测，调节均压调节风门大小，形成全负压通风系统。d) 核对撤出人数，设置警戒严禁人员进入工作面。

3) 均压风门受到破坏造成工作面泄压的处理措施：a) 风门工作人员应该立即通告情况，将工作面及二巷超前支护20 m内工作人员撤离到进风巷新鲜风流中，将回风顺槽超前支护20 m外及在回风流作业的所有人员撤到新鲜风流中。b) 切断均压区域内所有非本质安全型电源。c) 通风机岗位工作人员立即打开均压风门，连同风门工作人员对现场风量和气体进行实测，调节均压调节风门大小，形成全负压通风系统。d) 核对撤出人数，在工作面巷口设警拦人，禁止任何人员进入。e) 及时对均压风门进行修复。

4 均压通风技术应用的效果分析

应用均压通风技术前后2-607工作面CH4、CO等参数情况见表1，2.

表1 均压通风技术应用前2-607工作面气体参数情况表

表2 均压通风技术应用后2-607工作面气体参数情况表

由表1数据可知，2-607工作面应用均压通风技术后，回风隅角CO浓度从8×10-6降低至0，回风隅角CO2浓度从13.02%降低至0.35%，回风隅角O2浓度从14.33%提高至19.99%>18%. 工作面、主运顺槽和回风顺槽的风量对比之前有了明显减少，而气压对比之前有了明显上升；均压通风技术应用后回风顺槽与主运顺槽的风量差从104 m3/min降低至28 m3/min.

2-607工作面采用均压通风技术治理后，有效提高了工作面气压，防止2-607工作面上部采空区低氧气体下泄，有效提高了2-607工作面回风隅角氧气浓度，使氧气浓度>18%，2-607工作面上隅角低氧问题得到解决，保障了工作面回采的安全。