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汾煤科技2019年1期(20)

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综放工作面联合均压防治技术研究与应用

通风处     刘晓恒,师传壮

摘要:柳湾煤矿井田及周边老窑空巷纵横交错,漏风通道复杂,易形成大量隐蔽高温区域,产生的有毒有害气体,通过采空区漏风通道侵入工作面。为了防止工作面回采期间一氧化碳浓度超限,对工作面采用“风机-风窗”联合均压防治技术,使工作面及采空区压力平衡,有效阻断了有毒有害气体侵入工作面的通风支路,减少有毒有害气体涌入工作面,形成了一套投资成本低、效果显著的均压防治技术,确保了工作面的安全高效生产。

关键词:均压防治;防灭火;漏风;调压风机

柳湾煤矿属近距离煤层开采,低瓦斯矿井,主采煤层自然倾向性为Ⅱ类自燃,煤尘具有爆炸危险性。在长期的生产过程中矿井井田及周边存在严重的私挖滥采现象,造成了大量的位置不详的老窑采空区。该矿61115综放工作面所采太原组11#煤,煤层均厚5.43m,煤层倾角3°左右,采用“U”型全风压通风方式,瓦斯绝对涌出量0.43m3/min。工作面两侧均已回采,上部为老窑采空破坏区,回采期间上隅角漏风、CO超限问题突出。为确保工作面回采期间的安全生产,防止有毒有害气体侵入及煤层自燃,对工作面采用“风机-风窗”联合均压防治技术。该技术与注浆防灭火、惰气防灭火、阻化剂防灭火及三相泡沫等技术相比,具有见效快、经济、实用等优点。通过合理的选择调压风机与调压风窗面积等参数,降低了工作面漏风的同时,也有效防止有毒有害气体进入工作面,实现工作面安全高效生产。

1 “风机-风窗”联合均压防治技术原理

“风机-风窗”联合均压防治技术是通过在工作面进、回风巷内设置局部通风机、通风构筑物、测压装置等设施来实现。其原理是在不影响矿井主要通风机正常运转的情况下,控制井下工作面巷道间风流流动状态,通过调节局部通风系统中均压范围内的压能,使漏风通道两端的风压差达到平衡,减少或防止漏风,达到“堵风防漏、以风防火、以风制火”的目的。

“风机-风窗”联合均压调节如图1所示,在工作面进风侧C处安设调压风机,在回风侧D处安设调节风窗,调压设施的使用增加了C、D间风流的压能。


图1   风机-风窗联合均压示意图

2   61115工作面“风机-风窗”联合均压设计方案

61115综放工作面应配风量为650m?/min,随着工作面的推进,漏风量及CO涌出量不断增大,上隅角局部CO积聚,正常情况下CO浓度为18~24PPm,但在放煤、移架或顶板冒落等异常涌出条件下,上隅角局部CO浓度可达50~60PPm。通过对61115工作面及两巷进行漏风量测定,发现主要漏风点在工作面上隅角处,漏风量约为80m?/min。

根据联合均压防治原理,结合61115工作面实际情况,在工作面进风联巷安设调压风机,进、回风巷C、D两点分别两组调压风窗,如图2所示。


图2 工作面均压系统布置示意图

2.1 调压范围的确定

针对61115工作面采用均压系统,通过增大工作面风压,使其与漏风通道风压平衡,减小漏风通道的漏风量,从而达到减小有毒有害气体侵入及防治自然发火的目的。为达到预期效果,在采用“风机-风窗”联合均压技术前,需确定工作面增压值(范围),即需要测定漏风通道阻力,但由于采空区漏风通道复杂,且多与地表裂隙沟通,直接测定漏风通道阻力比较困难,又因为采空区漏风通道与进风井进风形成了并联通风网络,如图3所示,故选择与其并联的“进风井→漏风点”通风支路进行阻力计算。


图3工作面采用均压系统前后通风支路网络图

根据井下巷道通风阻力计算公式:

式中,分别为回采面漏风通道起末两测点风流的绝对静压,pa;分别为两测点的标高,m;分别为回采面漏风通道起末两测点风流的风速,m/s;为两测点风流密度的平均值,按计算,kg/m3;为重力加速度,取9.8m/s2;为测点空气的温度,℃;为漏风通道自然风压,冬季与地面主要通风方向相同,夏季与地面主要通风机方向相反,秋季和春季方向不定,一般最大为100~200pa。

经实测工作面主要漏风点上隅角处值分别为93386pa、850m、17℃、0.88m/s;进风井口处值分别为90776pa、1050m、10℃;取漏风通道起点风流的风速0m/s;取150pa。

利用上述公式可得出=581pa、=281pa。因此,通过计算可知,61115综放工作面漏风通道阻力最大为581pa、最小为281pa,增压范围为281~581pa。

2.2 调压风机的选型

工作面选择调压风机时应满足,调压风机的最小风压、最小风量应大于工作面最大增压值581pa、工作面需风量650m?/min;故选用两台FBD№7.1/2×45kW的风机,风压范围为670-1350pa,风量850-939 m3/min。

2.3 调压风门及风窗的安设

在61115材、运巷内各安设三道调压风门,其间距均为15m,对前两道调压风门进行闭锁。运巷安设调压风门时必须对皮带处进行全部封闭,以减少漏风提高均压效果。在调压风门上施工1m×1m插板式调节风窗,安设位置为距顶板500mm,用以调节工作面风量及压差。并在两巷均压风门附近各安设“U”型水柱计。

2.4   建立工作面的监控系统。

建立完善的工作面监控系统,包括安全监测监控、束管监测、风门闭锁监测、压差监测,实现对工作面气体浓度、风量、压差的全方位实时监测与传输,在调度室即可随时掌握工作面均压区域气体浓度及压差动态变化情况。

综上所述,调压风机、调节风窗及其辅助设施的安设,使工作面形成了一个相对封闭的均压区域。通过调节均压区域的调节风窗开启大小对工作面的风压及风量进行调整,增加工作面的风流压力,使工作面与采空区漏风通道的压差达到平衡,减少采空区漏风量及有害气体的涌出。

3   联合均压防治系统的效果分析

61115工作面启用联合均压防治系统前后,每两小时对工作面上隅角气体进行监测,检验工作面均压防治效果,上隅角的CO气体浓度变化趋势如图4所示。均压防治系统启用后,工作面上隅角CO浓度从24ppm下降至2ppm左右,工作面漏风量保持在20m3/min左右。此外,在与61115工作面相邻近的采空区密闭内也未检测到自然发火标志性气体。该联合均压防治方案的实施不仅限制了采空区有毒有害气体进入工作面,减少了工作面的漏风量,对预防采空区自然发火也有积极的作用。


图4   工作面均压系统启用前后上隅角CO变化趋势图

4   结论

(1)工作面采用均压防治技术,改变了工作面及采空区的压力分布,减少了涌入工作面的有毒有害气体,降低了采空区漏风量,解决了近距离煤层老窑密布井田回采工作面CO超限问题。

(2)“风机-风窗”联合均压防治技术的核心是通过增加调压设施间工作面压能,使其与漏风通道末端风流的绝对压力相平衡,阻断漏风通道通风支路的形成,减少漏风。

(3) 均压系统的平衡随大气压变化及工作面推进情况时刻变化,必须每班关注工作面气体、压差及风量变化,根据实际情况进行风量及压差调整,确保均压系统可靠有效。

参考文献:

[1]王永文.近距离煤层小煤窑密布井田自燃灾害防治技术研究.[J].山西焦煤科技.2017(9) :128-131.

[2]张   斌.均压通风防灭火技术的应用实践[J].煤矿安全,2010,41(2):96 -98.

[3]李 强,邬剑明,吴玉国.近距离煤层开采上覆煤层采空区气体分布规律.[J].煤矿安全,2005(2): 104.

[4]张会平,赵耀江.均压通风治理综采工作面上隅角及回风流中的 CO.[J].山西煤炭,2011,31(6): 53-54.

[5] 王恺德. 均压通风在矿井中的应用.[J]. 煤矿安全,2009(3): 41-42.



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