工作面通风方式优化分析及火灾防治技术研究

李林峰

（晋能控股煤业集团泰安煤矿，山西 忻州 036600）

引言

在煤矿综采工作中，有支护方案、采煤工艺等生产因素。在综采工作面中，通风系统充当着“肺”的功能，不但要保证瓦斯含量符合《煤炭安全规程》的规定，还要使综采工作面内的气流畅通无阻，这样就可防止火灾的发生。按照安全的有关规定，当进行煤矿开采时，要着重关注那些极易有自燃现象发生的矿井或煤层，并使用合理的防灭火方法满足。本文主要优化的是矿井中的通风系统，并研究使用的防灭火措施。

1 优化工作面的通风系统

在对工作面中发生火灾的关键根源进行解决时，要尽量减少空气和煤炭的接触。所以，要优化其通风系统，而且主要优化的是风量与通风方式；另外，还要使用合理的方法来实现工作面漏风。所以，要实时监测工作面的风量，重点监测中间的巷道、回风巷及进风巷3 个巷道的通风状况，并以此为依据来优化通风系统。

1.1 分析与模拟监测通风在工作面中的情况

在本文中，主要监测的是9306 工作面的通风情况，在该工作面的巷道中，每隔100 m 设置一个监测点，如图1 所示。

从图1 可以看出，在与9307 与9305 工作面靠近的监测点相应的编号是A1～A3、B1～B2。在监测以上几个监测点时能够发现，有漏风状况存在于A2～A3 中，而且漏风监测点漏风情况最严重的是A3，其对应的漏风率与漏风量分别为8.3%、99 m3/min。

图1 9306 工作面漏风监测点

在漏风监测点漏风情况最小的是A3，相应的漏风率与漏风量分别是1.0%与12 m3/min。因此，工作面中存在比较严重的漏风情况，其集中位置是9305 与9306 工作面所对应的切眼与采煤作业处。

1.2 模拟分析工作面发生漏风的规律

本文中，按照9306 工作面的真实状况，以FLUENT软件为基础，创建数值模拟模型，主要模拟分析的是由于通风方式的不同工作面所发生的漏风状况。图2就是通风系统数值模拟模型。

图2 通风系统数值模拟模型

从图2 中可以看出，在9306 工作面中，巷1、巷2分别是其轨道的顺槽、运输顺槽，而在9305 工作面中，巷3 是其运输顺槽。由于要模拟分析工作面中存在有漏风状况，当进行仿真过程中，把其气体都当作N2，而且把这3 条巷道的相应进风量都设置成650 m3/min，然后模拟氧气在工作面的流向。

在使用的通风方式是Y 型时，9306 工作面的巷1与巷2、9305 工作面中的巷3 对应的是进风巷道与回风巷道；在使用的通风方式是W 型的，9305 与9306工作面的巷3 与巷1、9306 工作面中的巷2 对应的是进风巷道、回风巷道。通过分析得知：

在使用的通风方式是W 型的，氧气在工作面所占的比例是0.195～0.135；使用的通风方式是Y 型的，氧气占在工作面所占的比例是0.150～0.105。并且，在Y 型与W 型这两种通风方式时，在交汇于工作面位置的风速分别是在0.1 m/s 以下与0.1 m/s 以上。因此，漏风状况比较严重的通风方式是W 型。

1.3 优化工作面的通风系统

以上文进行的数值模拟仿真分析与实际测试作为基础，对通风方式进行改造，由W 型改造成Y 型，即要改造的巷道进风巷道与回风巷道分别是9306 工作面中的巷1 与巷2，9305 工作面中的巷3。在改造为Y 型以后，监测工作面中的多个位置，用来对改造之后的通风系统的成效进行验证。表1 就是优化改造后各监测点风量监测结果。

表1 优化改造后各监测点风量监测结果

从表1 中可以发现，经过改造的通风方式，各个监测点的风量相差不大，这就说明，漏风问题在工作面中已经解决。

2 工作面中的防灭火技术

由于要对工作面中的自燃、火灾等现象进行预防，当改造其通风系统之后，适当的防灭火技术还是需要使用的。在本工程中，一般使用的防灭技术是低温氮气阻化细水雾与注凝胶，这两种技术可以确保工作面生产的安全性。

2.1 注凝胶防灭火技术

本工程中在实施注胶时，要把MFJ 矿用的防灭火凝胶剂与无氨凝胶配合在一起使用，当实施注胶以后，就会在高温物体如煤体中有形成含水膜，这样就把氧气隔离开来。通常，注凝胶灭火技术的使用效果能够保持的时间是3 个月；在3 个月之后效果就没有了，若想再次起效就只能再次加水到凝胶的外表上。

注凝胶工作所选取的关键设备是气动注浆泵，该气动注浆泵的详细型号是ZBQS-6/12；和实际经验相结合，通常水与凝胶剂的用量比是100∶1，施工时，二者的比例也可以按照实际的需要来调整。图3 为9306 工作面注凝胶防灭火钻孔示意图。

从图3 可以看出，在该工作面中，把3 个钻孔设计到了其留巷中，钻孔设定的直径是89 mm，并且浮煤层都有3 个钻孔穿过。

图3 9306 工作面注凝胶防灭火钻孔示意图

2.2 低温氮气阻化细水雾防灭火技术

在工作面中，若发生火灾的位置是比较远、比较封闭的，就可以选取低温氮气阻化细水雾防灭火技术来实施防灭火，详细的实施计划是在发生火灾处输送来2 条分别装有阻化液与氮气的管道，并在二者完全混合之后，形成水雾喷向发生火灾的位置来灭火。

通常，阻化液是由无机盐类配置所成的，无机盐包括氯化钙、氯化钠、氯化镁等，阻化液的质量分数一般控制在10%～30%；当进行输送时，会将阻化液与氮气二者的压力都控制在0.3 MPa～0.6 MPa 范围，通常二者的输送压力，氮气的稍低于阻化液的。图4 为低温氮气阻化细水雾防灭火技术的现场实施方案。

图4 低温氮气阻化细水雾防灭火现场实施方案

从图4 可以看出，在9306 工作面存在的回风顺槽内布置着整套的低温氮气阻化细水雾防灭火系统，该系统主要由制冷机、水泵、注氮管、输送管道等构成，在距离液压支架有10 m 距离的后方位置布置有注氮口。在该方案中，选取的阻化液中氯化镁溶液所占的比例是15%；在对氮气、阻化液进行输送时的压力分别是0.3 MPa、0.4 MPa，其氮气、阻化液相应的流量分别是800 m3/h、1 m3/h。

3 结语

在工作面中，通风系统尽管能够对其空气的质量进行净化，若使用的通风方式合理性较差就极易发生火灾、自燃等。所以，当生产时，不但使用的灭火方法有效，采用的通风方式也要合理。在本文将9306 工作面作为案例，来优化通风系统，而且还研究了相应的防灭火技术得出以下详细结论：

1）在9306 工作面中有漏风状况发生在沿空留巷中，而且状况比较严重，所以就把通风方式进行了改造，把W 型的改造成了Y 型的。在对现场进行监测之后发现，改造通风方式，就可以解决工作面中发生的漏风问题。

2）按照9306 工作面真实状况，设计了相应的防灭火方案，分别是低温氮气阻化细水雾防灭火方案与注凝剂防灭火方案。