任寶生

（山西靈石紅杏廣進寶煤業(yè)有限公司，山西朔州036800）

就目前國內(nèi)外情況而言煤礦的許多重大事故與礦井的通風(fēng)系統(tǒng)息息相關(guān)，例如許多煤礦發(fā)生的煤塵爆炸事故、瓦斯爆炸事故無不與礦井通風(fēng)系統(tǒng)不合理，或者礦井的通風(fēng)系統(tǒng)本身沒有完整的形成有關(guān)系[1]。因此就每一個煤礦而言，一套合理的通風(fēng)系統(tǒng)是煤礦安全高效地生產(chǎn)的重要保障條件之一[2]。通俗的說合理的礦井通風(fēng)系統(tǒng)是指運用通風(fēng)動力的手段和最經(jīng)濟的運行方式方法，向煤礦井下各個用風(fēng)的工作場所提供足夠的新鮮風(fēng)流，并且提供適宜的濕度、溫度，保持良好的氣候條件，從而保證井下作業(yè)人員的生命安全和工作環(huán)境的需要，采取符合實際工作的通風(fēng)方法和礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)[3]。且在發(fā)生災(zāi)害時，能夠做到及時而有效的控制風(fēng)向及風(fēng)量，并配合其他措施，將事故控制在一定范圍內(nèi)，防止災(zāi)害的進一步擴大[4]。尤其是在煤礦工作面回撤期間，在工作面支架回撤到一定程度時，頂板就會失去支撐后垮落下來，從而影響到正常的通風(fēng)，如果不能保證工作面通風(fēng)系統(tǒng)完整、可靠，就極易形成微風(fēng)、無風(fēng)的情況[5]。這樣很容易造成瓦斯積聚、煤塵飛揚引發(fā)瓦斯爆炸、煤塵爆炸事故，另外還有可能引起由于缺氧造成現(xiàn)場工作人員窒息死亡事故的發(fā)生，因此在工作面回撤期間局部通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)整工作就顯得尤為重要[6]。本論文正是從這方面考慮，對山西朔州平魯區(qū)后安煤炭有限公司40201工作面回撤期間局部通風(fēng)系統(tǒng)就行了優(yōu)化調(diào)整，保證了礦井的安全高效地生產(chǎn)。

1 礦井及工作面概況

1.1 礦井概況

后安煤礦是山西朔州平魯區(qū)后安煤炭有限公司下屬煤礦，其具體位置是在朔州市平魯區(qū)東南約14.5km的陶村鄉(xiāng)王高登村附近，屬平魯區(qū)陶村鄉(xiāng)行政管轄。礦井的年生產(chǎn)能力為500×104t/a，煤田面積為4.8336km2，目前開采的是4#、9#煤層。礦井采用的是斜立井混合開拓方式，其中副斜井、主斜井和行人斜井為進風(fēng)斜井，回風(fēng)立井為回風(fēng)井。礦井采用機械抽出式通風(fēng)方法，采用中央分列式通風(fēng)方式。礦井采用兩臺FBCDZ-10-№30型對旋式軸流通風(fēng)機作為礦井的主通風(fēng)機。其中，一臺作為工作風(fēng)機，一臺作為備用風(fēng)機。主要通風(fēng)機配備的電機型號為YBF630S1-10，功率280kW×2。井下所有采煤工作面均采用了全負壓分區(qū)式通風(fēng)，掘進工作面均采用了壓入式通風(fēng)并且均實現(xiàn)了獨立通風(fēng)。煤礦的總風(fēng)量及各用風(fēng)地點風(fēng)量均能夠滿足礦井生產(chǎn)需要，且通風(fēng)系統(tǒng)正常運轉(zhuǎn)。礦井于2019年委托重慶煤科院做了瓦斯等級鑒定，其中礦井瓦斯絕對涌出量為2.95m3/min，相對瓦斯涌出量為0.43m3/t，因此后安煤礦為低瓦斯礦井。目前礦井所開采的4#、9#煤層均為Ⅱ類自燃煤層，煤塵均有爆炸危險性。礦井采掘機械化程度100%。目前4#煤層布置1個綜采工作面、1個掘進工作面，9#煤層布置1個綜采工作面、5個掘進工作面。

1.2 工作面概況

40201工作面位于井田東南部，東部為礦界保安煤柱，西部為未開采的實體煤，北部與4#集中皮帶巷相鄰，南部與茂華白蘆煤業(yè)公司相鄰。40201工作面煤層厚度8.9m，煤層傾角1°～5°，平均傾角為5°，工作面切眼長度為173.2m，工作面傾向長度為300m。該工作面采用綜合機械化放頂煤采煤工藝，走向長壁式采煤法，全部垮落法控制頂板。

2 問題的提出

2.1 問題的提出

2018年10月份后安煤礦40201工作面回采面臨尾聲，工作面要進行搬家回撤工作，工作面支架回撤到一定程度時，頂板就會失去支撐后垮落下來，從而影響到工作面正常的通風(fēng)，如果不能保證工作面通風(fēng)系統(tǒng)完整、可靠，就極易形成微風(fēng)、無風(fēng)的情況。這樣很容易造成瓦斯積聚、煤塵飛揚引發(fā)瓦斯爆炸、煤塵爆炸事故，因此工作面局部通風(fēng)系統(tǒng)調(diào)整優(yōu)化工作迫在眉睫。

2.2 工作面風(fēng)量計算

（1）按瓦斯涌出量計算[7]：

式中：Q采——回采工作面實際配要的風(fēng)量，m3/min；

100——按采煤工作面回風(fēng)流中瓦斯的濃度不應(yīng)超過1%的換算系數(shù),根據(jù)晉市煤局瓦字[2011]516號規(guī)定甲烷傳感器報警值、斷電值、復(fù)電值下調(diào)20%，因此換算系數(shù)為125；

q瓦采——回采工作面回風(fēng)巷風(fēng)流中平均絕對CH4涌出量，根據(jù)瓦斯涌出量鑒定報告4#煤層綜采工作面絕對CH4涌出量為0.93m3/min，則q瓦采=0.93m3/min；

K采通——回采工作面瓦斯涌出不均勻的備用風(fēng)量系數(shù)，取1.4。

（2）按二氧化碳涌出量計算：

式中：Q采——回采工作面實際配要的風(fēng)量，m3/min；

67——按采煤工作面回風(fēng)流中CO2的濃度不應(yīng)超過1.5%的換算系數(shù)；

Q二氧——回采工作面回風(fēng)巷風(fēng)流中平均絕對CO2涌出量，根據(jù)瓦斯涌出量鑒定報告4#煤層綜采工作面絕對CO2涌出量為1.25m3/min，則q二氧=1.25m3/min；

K采通——回采工作面CO2涌出不均勻的備用風(fēng)量系數(shù)，取1.2。

（3）按工作面人員數(shù)量計算：

式中：N——回采工作面交接班的最多人數(shù)，50人；

4——每人需風(fēng)量，4m3/min。

（4）按氣象條件計算：

式中:Qcf——回采工作面實際配要風(fēng)量，m3/min；

Vcf——回采工作面的風(fēng)速，取1.0m/s；

Scf——回采工作面平均有效斷面積，15.26m2；

Kch——回采工作面采高調(diào)整系數(shù)，1.2；

Kcl——回采工作面長度調(diào)整系數(shù)，1.2；

70%——有效通風(fēng)斷面系數(shù)；

60——單位換算產(chǎn)生的系數(shù)。

則：Qcf=60×70%×1.0×15.26×1.2×1.2=922（m3/min）

（5）風(fēng)速驗算：依照《煤礦安全規(guī)程》第136條規(guī)定，40201綜采工作面在采取煤層注水和采煤機噴霧降塵等綜合防塵措施后的最低風(fēng)速為0.25m/s，最高風(fēng)速不得高于5m/s，通過上面三種方法計算后，取最大值進行驗算。

驗算最小風(fēng)量：

驗算最大風(fēng)量：

式中：Scb——采煤工作面最大控頂有效斷面積，m2；

lcb——采煤工作面最大控頂距，5.8m；

hcf——采煤工作面實際采高，2.8m;

Scs——采煤工作面最小控頂有效斷面積，m2；

lcs——采煤工作面最小控頂距，5.1m；

0.25——采煤工作面允許的最小風(fēng)速，0.25m/s;

5.0——采煤工作面允許最大風(fēng)速，5.0m/s;

70%——有效通風(fēng)斷面系數(shù)。

通過驗算，40201采煤工作面實際需風(fēng)量922m3/min，滿足工作面風(fēng)速要求。

（6）配風(fēng)量的確定：經(jīng)以上計算，40201綜采工作面配風(fēng)量取922m3/min。

3 局部通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)整的實踐與應(yīng)用

3.1 局部通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)整技術(shù)的應(yīng)用

根據(jù)搬家回撤期間實際情況，需要將40201綜采工作面搬家期間的風(fēng)流方向與實際生產(chǎn)過程中風(fēng)流方向反向（即軌道順槽進風(fēng)、膠運順槽回風(fēng)），40201工作面正常生產(chǎn)時40201通風(fēng)系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 40201搬家工作面調(diào)整通風(fēng)系統(tǒng)前通風(fēng)系統(tǒng)示意圖

首先，在40201膠運順槽回風(fēng)聯(lián)巷密閉中間開一個600mm×600mm口（最后將密閉拆除到原調(diào)節(jié)處進行風(fēng)量調(diào)節(jié)），然后將40201軌道順槽口處密閉啟封，回風(fēng)聯(lián)巷進行封閉，再將40201軌道順槽兩道風(fēng)門同時打開（最后將風(fēng)門進行拆除），同時關(guān)閉40201膠運順槽兩道風(fēng)門。使風(fēng)流方向反向，軌道順槽進風(fēng)，膠運順槽回風(fēng)。其次，測風(fēng)員對40201搬家工作面進行測風(fēng)，利用膠運順槽回風(fēng)聯(lián)巷原調(diào)節(jié)風(fēng)門進行風(fēng)量調(diào)節(jié)，最終將40201搬家工作面風(fēng)量調(diào)節(jié)到不低于正常生產(chǎn)時所需風(fēng)量的一半，即不低于461m3/min。40202準備工作面風(fēng)量調(diào)節(jié)到不低于461m3/min。40201工作面搬家回撤期間通風(fēng)系統(tǒng)調(diào)整后通風(fēng)系統(tǒng)圖如圖2所示。

圖2 40201搬家工作面調(diào)整通風(fēng)系統(tǒng)后通風(fēng)系統(tǒng)示意圖

最后，搬家期間測風(fēng)員不定期對搬家工作面進行測風(fēng)，如果搬家工作面在回撤支架期間發(fā)生頂板大面積垮落造成工作面風(fēng)速小于0.25m/s時，則立即啟動局部通風(fēng)機，對搬家工作面采取局部通風(fēng)機供風(fēng)，風(fēng)筒出口距離回撤支架工作地點不得大于5m,并同時將40201軌道順槽回風(fēng)聯(lián)巷密閉打開，改為調(diào)節(jié)風(fēng)門進行風(fēng)量調(diào)節(jié)。調(diào)整通風(fēng)系統(tǒng)完畢后，由通風(fēng)區(qū)通知調(diào)度室，由監(jiān)控電工負責(zé)按照標(biāo)準重新吊掛各類傳感器。40201搬家工作面開啟局扇后通風(fēng)系統(tǒng)示意圖如圖3所示。

圖3 40201搬家工作面開啟局扇后通風(fēng)系統(tǒng)示意圖

3.2 局部通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)整技術(shù)的注意事項

（1）啟封40201膠運回風(fēng)聯(lián)巷密閉時，先由瓦斯員檢查密閉墻外的氣體，只有在瓦斯?jié)舛炔怀?%，二氧化碳濃度不超1.5%時，方可進行啟封。

（2）啟封密閉時嚴禁使用鐵器進行啟封，必須使用銅制工具進行啟封。

（3）啟封時必須嚴格按小斷面形成通風(fēng)系統(tǒng)，待瓦斯員檢查有害氣體濃度不超限時，方可逐漸進行擴拆。

（4）在拆除40201軌道順槽風(fēng)門時，材料要碼放整齊，最后統(tǒng)一進行清理，不得影響運輸和行人。

（5）在搬運風(fēng)門時，搬運人員要口號一致，防止碰手、砸腳。

（6）在拆除風(fēng)門墻，需要搭架時，搭架材料必須使用結(jié)實的材料進行搭設(shè)，搭設(shè)完成后由現(xiàn)場安全負責(zé)人檢查無安全隱患后，方可投入使用。

（7）拆除風(fēng)門前，必須首先進行現(xiàn)場安全確認。

（8）在拆、裝設(shè)備期間，跟班隊長、班組長、電工、瓦斯員、安全員必須隨身攜帶便攜式甲烷報警儀，當(dāng)工作面瓦斯?jié)舛瘸迺r，必須停止一切工作，查明原因，進行處理。待恢復(fù)正常后方可繼續(xù)作業(yè)。

（9）在搬家期間必須加強通風(fēng)設(shè)施管理，每班由瓦斯員對通風(fēng)設(shè)施進行檢查，如有損壞及時匯報通風(fēng)調(diào)度值班室，通風(fēng)區(qū)領(lǐng)導(dǎo)安排人員及時進行恢復(fù)。

（10）在回撤支架期間發(fā)生頂板大面積垮落，破壞通風(fēng)系統(tǒng)時，由通風(fēng)區(qū)派測風(fēng)員將40201軌道回風(fēng)聯(lián)巷調(diào)節(jié)風(fēng)門打開，然后由專職電工將局部通風(fēng)機開啟，風(fēng)筒出口距離回撤支架工作地點不得大于5m，測風(fēng)員對風(fēng)量進行調(diào)節(jié)，并在40201膠運回風(fēng)聯(lián)巷向里3000mm范圍內(nèi)安裝柵欄，并吊掛“禁止入內(nèi)”警示牌板。

（11）在40201工作面搬家結(jié)束后，拆除所有通風(fēng)設(shè)施，并在45d內(nèi)，對其進行全部封閉。

（12）砌筑密閉時，要嚴格按照防火密閉構(gòu)筑標(biāo)準進行構(gòu)筑。

（13）40201膠運巷口和40202膠運巷口風(fēng)門管理措施：

①風(fēng)門由瓦斯員負責(zé)每班進行巡檢，綜采一隊負責(zé)對風(fēng)門進行日常維護和管理。瓦斯員發(fā)現(xiàn)風(fēng)門損壞時，及時進行匯報、處理。并對損壞風(fēng)門責(zé)任單位跟班隊長罰款100元。

②任何人通過風(fēng)門時，只有先打開第一道風(fēng)門人員進入后并關(guān)閉該風(fēng)門，然后再打開第二道風(fēng)門，待人員通過后，再關(guān)閉第二道風(fēng)門。嚴禁將兩道風(fēng)門同時打開。如有發(fā)現(xiàn)，對責(zé)任人罰款100元。

③嚴禁過車時私自拆除閉鎖裝置，如有發(fā)現(xiàn)，對責(zé)任人罰款500元。

④風(fēng)門前后5m范圍內(nèi)，不得有雜物和積水。

⑤風(fēng)門構(gòu)筑完成后，吊掛風(fēng)門管理牌板。

（14）局部通風(fēng)管理措施：

①局部通風(fēng)機由隊組跟班隊長負責(zé)，每天早班安排專人進行風(fēng)機切換，并將切換結(jié)果填寫到切換記錄牌板上，保證正常通風(fēng)。在中班回撤支架期間，因檢修、停電、故障等原因停風(fēng)時，必須將施工人員全部撤出工作面，綜采一隊安排人員進行進行處理；在早、夜班工作面未組織回撤工作時，監(jiān)測監(jiān)控要對局部通風(fēng)機開停進行實時監(jiān)測，如現(xiàn)場局部通風(fēng)機因停電、故障等原因停風(fēng)時，通過風(fēng)機開停傳感器實時上傳到礦調(diào)度臺，監(jiān)測監(jiān)控立即通知通風(fēng)區(qū)及綜采一隊，綜采一隊負責(zé)對其進行處理。

②恢復(fù)通風(fēng)前，必須由專職瓦斯檢查員檢查瓦斯，只有在局部通風(fēng)機及其開關(guān)附近10m以內(nèi)風(fēng)流中瓦斯和二氧化碳濃度都不超過0.5%時，方可開啟局部通風(fēng)機。

③壓入式局部通風(fēng)機和啟動裝置，必須安裝在進風(fēng)巷道中，距40201軌道回風(fēng)聯(lián)巷不得小于10m且局部通風(fēng)機專用開關(guān)設(shè)在局部通風(fēng)機前至少5m處。

④局部通風(fēng)機不得發(fā)生循環(huán)風(fēng)。

⑤風(fēng)筒采用?800mm的防靜電、阻燃風(fēng)筒。風(fēng)筒要嚴格按照規(guī)定進行吊掛，做到“平、直、穩(wěn)、逢環(huán)必掛”，遇到拐彎時，不得拐死角，必須使用螺旋風(fēng)筒進行過渡。

⑥風(fēng)筒出風(fēng)口距回撤支架工作地點不得大于5m。

⑦風(fēng)機采用FBDNO.6.3/2×22kW局部通風(fēng)機2臺，風(fēng)機必須實現(xiàn)雙風(fēng)機，雙電源，三專兩閉鎖，并能實現(xiàn)自動切換。并吊掛風(fēng)機管理牌板和風(fēng)機切換牌板。

4 局部通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化效果分析

自從2018年10月份后安煤礦40201綜放工作面開始搬家回撤以來由于及時進行的局部通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)整后，工作面為發(fā)生一起瓦斯積聚、人員窒息、粉塵爆炸等事故，具有明顯的使用效果，保證了工作面的安全高效地回撤，為礦井安全生產(chǎn)提供了技術(shù)保障，具有重要的理論意義和現(xiàn)實意義。

5 結(jié)論

實施局部通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化技術(shù)收到良好的使用效果可知，局部通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)整技術(shù)是一項成本低廉、制作方便、工人勞動強度低、效果明顯、安全可靠的通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)整技術(shù)，在煤礦現(xiàn)場得到了廣泛地推廣和應(yīng)用，但是值得注意的是必須結(jié)合煤礦現(xiàn)場實際情況采取切實可行的局部通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化技術(shù)，并且該技術(shù)與其他通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化技術(shù)有機結(jié)合使用效果會更好。