防治有毒有害气体涌入工作面的通风系统调控方法_张风林.pdf

202302技术应用与研究138Modern Chemical Research当代化工研究202302技术应用与研究138Modern Chemical Research当代化工研究防治有毒有害气体涌入工作面的通风系统调控方法张风林（中煤大同能源有限责任公司塔山煤矿 山西 037000）摘要：通过对中煤大同塔山煤矿通风系统研究发现，采空区上部及采空区气体向工作面漏风是由于漏风通道两端存在较大压差。均压措施能够提高工作面压力，减小漏风通道两端的压差，能够有效解决气体下泄问题。而单独的工作面调阻措施并不能解决工作面的漏风情况。基于通风系统整体调控方案的模拟计算及实验研究，确定了工作面漏风下泄通风系统整体调控的优化方案。关键词：工作面漏风下泄；Ventsim软件；均压调节；通风系统中图分类号：X936 文献标识码：AMethod of Regulating Ventilation System to Prevent Toxic and Harmful Gases from Pouring into the Working FaceZhang Fenglin(Tashan Coal Mine of China Coal Datong Energy Corporation,Shanxi,037000)Abstract：Through the study of the ventilation system of Tashan coal mine of China Coal Datong Energy,it is found that the air leakage from the upper part of the mining area and the gas in the mining area to the working face is due to the large pressure difference at the two ends of the air leak-age channel.The pressure equalization measures can improve the working face pressure and reduce the pressure difference between the two ends of the air leakage channel,which can effectively solve the problem of gas leakage.And the separate working face regulating and blocking measures can not solve the air leakage of the working face.Based on the simulation calculation and experimental research of the overall regulation scheme of the ven-tilation system,the optimization scheme of the overall regulation of the ventilation system for the leakage of air down the working face is determined.Key words：leakage of air down the working face；Ventsim software；equal pressure regulation；ventilation system煤自燃火灾是煤矿安全生产的五大自然灾害之一1-2。矿井若有自然发火倾向，且近距离多煤层开采3-4，在工作面回采后，采空区顶板发生垮落会使回采工作面与上部采空区之间产生沟通裂隙，从而形成漏风通道5。若上部采空区有漏风现象，易造成采空区遗煤氧化6，由于抽出式负压通风的作用，使上部采空区内CO随风流进入本煤层采空区，轻则造成采煤工作面CO、瓦斯超限7，严重情况将会导致煤自燃火灾，威胁到矿井的安全生产8。针对工作面漏风下泄，通风系统的调控方法一般具有作业量较少、投资少、见效快等显著优势9。其中均压措施能够提高工作面压力，减小漏风通道两端的压差，从而有效解决气体下泄问题。本文针对中煤大同能源塔山煤矿30503工作面，运用Ventsim软件建立矿井通风模型，解决塔山煤矿30503工作面采空区下泄漏风问题。1.工作面概况中煤大同能源有限责任有限公司塔山煤矿位于大同煤田中东缘，井田面积为8.146km2，目前开采35号煤层，设计能力300万吨/年。开拓方式为平硐与斜井联合开拓，采煤方法为综采放顶煤走向长壁后退式。矿井采用中央分列式通风，主平硐、副平硐进风，回风斜井回风，负压通风。中煤塔山矿井，属低瓦斯矿井，煤层自燃倾向性为类，35#煤层属自燃煤层，具有煤尘爆炸性。中煤塔山煤矿所采煤田为浅埋藏易自燃煤田，在工作面回采过程中，采空区有毒有害及惰性气体向30503工作面大量溢出，造成CO超限、O2浓度低的问题。经前期地表漏风检测，初步认为是由于地表与回采工作面采空区裂隙联通漏风，携带上部小煤窑及上煤层开采采空区内的有毒有害气体和防灭火氮气大量下泄到工作面采空区内，并向工作面泄漏。由于地表漏风范围广、小煤窑残留巷道分布不清，很难采取地表堵漏风的技术措施，治理难度较大。针对这一问题中煤塔山煤矿采用了工作面局部均压来减小漏风，为了论证这一方法的可行性以及找寻新的解决方法，利用Ventsim软件进行通风网络模拟，以此验证不同调风方法的可行性。通过Ventsim软件构建塔山全矿井三维通风系统调控模型，可以通过调节主扇叶片角度以及转速等进行全矿井风量调节，能够直接显示三区阻力分布情况，能够实时管理所有风门、风窗等调节设施，可以对通202302技术应用与研究139Modern Chemical Research当代化工研究202302技术应用与研究139Modern Chemical Research当代化工研究风网络进行优化，能够直观地表现出优化前后的区别，选择出最适合的矿井通风网络优化方案。2.中煤塔山通风网络解算及三维模型建立矿井通风网络解算是利用风量平衡定律和风压平衡定律来对通风网络中的风量进行分配，利用解算结果对系统进行分析，针对存在的问题找出解决的方法，从而对系统进行有目的的优化。本次主要是对中煤塔山矿30503工作面实行升压前后的模型进行解算，进而论证工作面局部升压治理采空区外部漏风的可行性，以及探寻更优的治理方案。图1、图2分别为实行均压措施前后的三维模型图，表1、表2分别为解算后主要巷道的风量表以及通风机工况表。图1 中煤大同能源塔山煤矿三维解算模型（均压）图2 中煤大同能源塔山煤矿三维解算模型（无均压）表1 解算后主要巷道风量表巷道名称均压后风量/(m3/min)均压前风量/(m3/min)主平硐4096.003917.00副平硐7417.007092.0030503胶带顺槽2096.002042.0030503工作面2096.002317.002042.002843.0030503回风顺槽2317.002843.00回风斜井12022.0012129.00表2 通风机工况表风量/(m3/min)风压/Pa均压后12095.001125.63均压前12148.001108.32网络解算的基础数据是根据通风阻力测定部分结果利用风量平衡定律和阻力平衡定律进行的，解算出的用风地点与实际用风地点风量误差均在5%以内。3.工作面有害气体涌入防治技术(1)工作面均压调节方法验证本次模拟共设置7条漏风通道，其中30503工作面上部煤层采空区及地表裂隙漏风共5条、30503工作面采空区2条。对增压前后的漏风通道设置相同的压差和风阻，进行通风模拟，表3为通风模拟结果。图3 工作面漏风通道图4 增压前后的工作面漏风通道表3 均压前后漏风对比漏风位置漏风通道编号均压前漏风量/(m3/min)均压后漏风量/(m3/min)工作面上部125.0036.00126.0037.00126.0038.00126.0028.00179.0054.00工作面采空区58.0012.0061.0016.00总计801.00221.00表4 均压前后效果对比漏风位置漏风减少量/(m3/min)减少漏风率/%工作面上部489.0071.70工作面采空区91.0076.47总计580.0072.41通过模拟结果可以看出，采取均压措施可以有效的抑制采空区上部以及采空区气体向工作面泄露。采取均压前30503工作面的漏风量可以达到801.00m3/min，采取均压后30503工作面漏风量为221m3/min，漏风量减少了489m3/min，其中工作面上部气体下泄量减少了71.70%，采空区向工作面漏风量减少了76.47%，总漏风量减少了72.41%，均压措施能够有效地提高工作面的压力，进而减小工作面与漏风入口之间压差，解决工作面上部气体下泄以及采空区气体泄露的问题。(2)工作面进、回风路线调阻措施202302技术应用与研究140Modern Chemical Research当代化工研究202302技术应用与研究140Modern Chemical Research当代化工研究为了探讨工作面调阻措施的可行性问题，通过Ventsim将30503工作面进回风主要通风路线单独调试出来，分别改变30503工作面进风和回风路线的阻力，再增加主要通风机的压力，保证30503工作面用风量不变，观察漏风通道漏风情况。图5 经过30503工作面主要进回风路线表5 进风减阻、回风增阻调节方案进风路线减少阻力/Pa回风路线增加阻力/Pa风机风量/(m3/min)风机压力/PaA505012489.001326.40B255012286.001298.00C502512297.001299.00表6 阻力调节前后效果对比漏风位置漏风通道增阻前漏风量/(m3/min)A方案漏风量/(m3/min)B方案漏风量/(m3/min)C方案漏风量/(m3/min)工作面上部125.00124.00124.00125.00126.00125.00125.00126.00126.00125.00125.00126.00126.00125.00125.00126.00179.00178.00179.00178.00采空区58.0057.0059.0058.0061.0060.0061.0060.00总计801.00794.00798.00799.00通过对工作面进、回风路线进行调阻措施，然后增加主要通风机的压力保持工作面的风量不变，设计了3个调阻方案A、B、C，通过通风模拟的结果可以得出以下结论，A、B、C三个方案进风路线减阻、回风路线增阻，漏风量略有减少，但是由于进风路线减阻调节以及增加风机风量需要花费较多财力，而漏风量减少效率很小，从经济效益方面来考虑A、B、C并不能解决这一问题。(3)回风大巷增阻调节通过分析发现对1045水平回风巷道进行设阻，可以有效减少工作面处漏风。设阻位置选在1045水平回风巷（30501皮带顺槽联巷1045回风巷与南回风巷联巷），模拟了11种增阻方案，分别为对照组11分别增阻118.1Pa、225.2Pa、323.2Pa、413.3Pa、496.9Pa、574.7Pa、645.0Pa、708.9Pa、768.5Pa、824.1Pa。如图6，可以看出随着1045水平回风巷内阻力值的增加，主要通风机风量、工作面进风量及总漏风量都呈递减态势，而漏风减少率逐渐升高。图6 风量变化折线图通过对1045水平回风巷增阻，可以有效提高整个工作面的风压，且增阻后矿井主要通风机总风量减少，工作面处的压力进一步增加，从而可以减少工作面上方及采空区漏风。在1045水平回风巷（30501皮带顺槽联巷1045回风巷与南回风巷联巷）进行增阻调节切实可行，能够有效地减少漏风