新区段通风系统形成过程中避免串联通风解决方案研究_宋兆雪.pdf

煤矿现代化2020 年第 2 期总第 155 期 0引言 煤矿生产过程中往往采区内为构成新区段通风 系统的掘进巷道，其回风要串入采区主要进风巷道 内， 给矿井安全生产带来了一定的隐患， 通过利用混 合式通风方法，将掘进工作面回风导入回风巷道中， 可有效避免串联通风带来的各类问题。 1矿井通风与工作面概况 1.1矿井概况 济宁二号煤矿位于山东省济宁市任城区， 井田面 积 87 平方公里， 地质储量 8.55 亿 t， 可采储量 3.47 亿 t， 属低瓦斯矿井， 矿井生产能力为 500 万 t/a。 1.2矿井通风方式、 方法 矿井通风方式为中央并列式，通风方法为抽出 式，主、副井进风，风井回风，矿井总进风量为 17888m3/min， 风量满足安全生产需要。 1.3工作面概况 B11301 采煤工作面为矿井 11 采区最后一个边 角煤开采工作面， 其运输顺槽的掘进开门点位于矿井 - 740 公路巷内， - 740 公路巷为矿井 11 采区主要进 风巷道， 常规解决方案 B11301 工作面运顺掘进回风 将串入 11 采主要进风巷道中，发生串联后被串工作 面将安装大量甲烷传感器，不便于矿井安全管理， 且 会带来综合防尘等问题， 常规解决方案通风系统图如 图 1 所示。 图 1常规解决方案通风系统图 2全风压与局部通风相结合的混合式通风 解决方案 2.1巷道启封期间通风解决方案 B113下01 运顺开门点位于 113 下 01 运顺内， 需 对 113下01 运顺密闭进行启封，经检查密闭内气体 浓度为氧气 18， 二氧化碳 1， 甲烷 0.1， 一氧化 碳 0ppm， 启封巷道长度共 30m;为防止启封期间排放 瓦斯的回风串入 11 采区，决定采用全风压抽出式通 风方式对密闭进行启封， 通过调整吸风口位置控制排 放瓦斯浓度， 如图 2 所示。 为保证全风压通风风量， 需根据负压值对风量进 行预先计算。 1 ） 导风风筒摩擦阻力系数选择。 胶布风筒的摩擦 阻力系数 与百米风阻 （吊挂质量一般， 包括接头局部 新区段通风系统形成过程中避免串联通风解决方案研究 宋兆雪 1, 郭 英2, 姜希印3 （1. 兖州煤业股份有限公司通防部 ， 山东 邹城 273500 ； 2 . 兖矿集团安全监察局 ， 山东 邹城 273500 ； 3. 兖州煤业股份有限公司济宁二号煤矿 ， 山东济宁 ， 272072 ） 摘要 济宁二号煤矿在 11 采区边角煤 B11301 工作面通风系统形成过程中，采用了全风压与局部 通风相结合的混合式通风方法， 避免了形成串联通风， 取得了较好的效果， 具有一定的推广价值。 关键词 通风系统 ； 全风压通风 ； 混合式通风 中图分类号 TD724文献标识码 A文章编号 1009- 0797 （2020 ） 02- 0072- 03 Study on avoiding series ventilation solution during ation of new section ventilation system SONG Zhaoxue1, GUO Ying2, JIANG Xiyin3 （1. Yanzhou Coal MiningCo.Ventilation department , Shandong Zouchen 273500 ； 2. Yanzhou MiningGroup SecuritySupervision Bureau ，Shandong Zoucheng 273500； 3. No.2 coal mine in Jining, Yanzhou Coal MiningCo，Shandong Jining 272072 ） Abstract In the ation process of the ventilation system of the B11301 working face of the side angle coal in the 11 mining area, Jining No. two coal mine adopts a mixed ventilation combining all wind pressure and local ventilation, which avoids the ation of series ventilation. It has achieved good results and has a certain popularization value. Key words Ventilation system ; Full air pressure ventilation ; Mixed ventilation 72 ChaoXing 煤矿现代化2020 年第 2 期总第 155 期 风阻 ） R100可见表 1。 表 1胶布风筒的摩擦阻力系数与百米风阻值 受巷道断面影响，本次采用的是￠800mm 胶布 风筒， 故风筒摩擦阻力系数选择为 3210-4N s2 m-4； 百米风阻值 6.5N s2 m-8。 2 ） 风筒风阻计算。 Rα L U/S3 （3210-4702.512 ） /0.502434.44N s2 m-8 式中 α 为摩擦阻力系数， N s2 m-4； L 为风筒长 度， m，最远供风距离取 70m； U 为风筒周长， m； S 为 风筒断面积， m2。 3 ） 风筒百米风阻计算 RL R100/100 706.5/1004.55N s2 m-8 式中 L为风筒长度， m， 取 70m； R100为风筒百米 风阻值， N s2 m-8。 抽出通风风筒沿程阻力取计算最大值为 4.55N s2 m-8，根据风筒拐弯局部阻力系数曲线，风筒拐 90弯时， 拐弯局部阻力系数为 1.2， 本次敷设风筒未 进行拐弯， 故预计风筒总阻力为 4.55N s2 m-8 4 ） 风量预算。 经现场测定， 113下01 运顺机头风门内外静压差 为 400Pa， 故在完全紊流状态下， 根据摩擦阻力的计 算公式 hR Q2 （ρ v2） /2 Qv s 式中 h 为通风阻力， Pa； 取 400Pa； R 为风阻， N s2 m-8；取 4.55N s2 m-8S 为有效通风面积， m2； 取 0.5024m2； V 为预计风速， m/sρ 为空气密度， Kg/m3； 取 1.2Kg/m3 5004.55* （v*0.5024 ） 2 （1.2*v2 ） /2 经计算 V≈11.76m/s Q风筒60*VS≈354m3/min 通过预算，采用￠800mm 风筒全风压通风提供 的风量预计约为 354m3/min， 考虑 0.9 倍的漏风系数， 则风量最小预计为 3540.9318.6m3/min，现场实测 风量为 320m3/min。 5 ） 巷道启封后为风量计算。 启封巷道为喷浆支护 巷道， 按最低允许风速 0.15m/s 进行计算,需要风量为 0.156017153m3/min，因此启封后全风压通风风 量能够满足非掘进期间的通风需求。 图 2启封前后通风系统图 2.2巷道掘进期间通风解决方案 根据掘进工作面风量计算， B11301 工作面掘进 期间需风量为 255m3/min，由于长距离负压通风存在 诸多弊端，因此决定采用局部通风机对掘进巷道供 风， 通过风机选型， 确定选用 FBDNo.5.6 （215kW ） 型 对旋轴流局部通风机，风机实际吸风量为 320 m3/min， 为避免形成串联通风， 保留巷道开口期间的 抽出式风筒，风筒吸风口距巷道开口不小于 10m， 同 时满足以下风量计算。 Q抽出Q局吸9S473m3/min 式中 Q局吸为实测局部通风机的吸风量， 取 320m3/min。S为顺槽巷道面积， 取 17m2。 根据计算结果可见， 正常掘进期间采用压入和抽 出混合通风时， 一路负压风筒提供的抽出风量不能满 足回风需要， 必须增加一路抽出式风筒， 以保证总抽 出风量大于 473m3/min， 增加一路抽出式风筒后现场实 测总排风量 580m3/min， 满足要求， 且未出现风流紊乱 及掘进工作面回风串入南翼公路巷现象， 如图 3 所示。 图 3B113下01 运顺掘进期间通风系统图 3效果分析 通过采取全风压与局部通风相结合的混合式通 风方法， 减少了下部采区安设各类传感器 5 台， 减少 维护人工成本 10 人次 / 月， 掘进巷道按照 10 个月施 工计算可节约费用共计约 5 万元， 并保证了下部采区 的空气质量， 改善了职工的作业环境。 通过采取全风压与局部通风相结合的混合式通 风方法， 有效解决了 11 采区边角煤 B11301 工作面 通风系统形成过程中串联通风问题， 避免了串联通风 带来的一系列安全问题， 具有一定的推广价值。 （下转第 76 页 ） 风筒直径/mm300400500 6007008009001000 α10-4/N s2 m -4 5349454138323029 R100/N s2 m -8 412314943414.76.53.32.0 73 ChaoXing （上接第 73 页 ） 参考文献 [1] 张国枢， 通风安全学[M],徐州， 中国矿业大学出版社， 2000； [2] 曾勇、 徐传高等， 全风压通风应用与研究[J]， 能源技术与 管理， 1672- 9943 （2010） 01- 0043- 03； [3] 辛嵩， 矿井通风技术与空调[M]， 北京， 煤炭工业出版社， 2014； [4] 王文才,楚鹏辉等， 全风压与局部通风机相结合的长距离 局部通风技术的应用[J].煤炭技术,2013,3203 102- 103。 作者简介 宋兆雪 （1983.11.09-） ， 男， 辽宁庄河人， 2006 年毕业于 河南理工大学， 大学学历 / 工程硕士学位， 现任兖州煤业股 份有限公司通防部科长， 工程师， 主要研究方向是矿井通风、 瓦斯治理。（收稿日期 2019- 5- 22） 煤矿现代化2020 年第 2 期总第 155 期 L0.5KM 3p Kp■ （11 ） 式中 L为煤柱留设的宽度， m； K 为安全系数， 一 般取 2- 5；M为煤层厚度或采高， m； p 为水头压力， MPa； Kp为煤的抗拉强度， MPa 3.2降低水压 由式 6 可知， 承压水水压， 与断层带底板突水由 着密不可分的关系， 水压过大很容易引起突水事故的 发生， 因此降低承压水水压是防治断层带底板突水的 重要措施之一， 根据矿井具体地质条件可采用不同的 降低水压方法， 如在井田外围堵截地表水或采用井点 降水， 在矿井内部设置专用的抽水巷， 布置合理的钻 眼打钻放水等， 同时需要注意在降低水压过程中的安 全问题， 避免在不合理的位置布置钻眼， 以及错误钻 眼布置方式引起的承压水大量外泄及突出。 3.3注浆堵水 如图 4 所示注浆堵水主要包括两方面， 一是对隔 水层的局部裂隙进行注浆， 封堵隔水层裂隙， 增加隔 水层岩体的完整性，二是对断层破碎带进行注浆， 封 堵断层破碎带的充水通道， 注浆时可以通过工作面运 输大巷、回风大巷等打钻到断裂构造导水通道带， 在 注浆前要充分了解地质资料，准确选定注浆位置， 注 浆量、 注浆压力等。 图 4注浆堵水示意图 3.4建立矿井综合防治水体系 为有效进行矿井防治水及断层带底板突水， 以上措 施远远不够， 更要建立起矿井综合防治水体系， 对井下 突水灾害做到预测预报， 在对煤层开采前， 要查清井田 水文地质条件， 特别注意矿井水补给来源、 含水层位置 及涌水通道等， 对能堵截的要进行堵截， 不能堵截的要 采取疏干降水等措施， 同时为降低开采活动对断层的扰 动而引起底板突水，在开采前要选择合理的开采方法， 并对工作面进行优化布置，以使采矿扰动降低到最小， 井下采掘工作面应建立起突水预警机制， 设立专职的水 文观测员， 记录每班水量水压变化情况， 并安装专用电 话及报警器， 在可能出现水害情况时应及时上报， 设立 专用的突水避难硐室及逃生通道， 在出现水害时安全员 应立即发起警报， 按照预定路线撤离相关人员。 4结论 1 ） 采矿扰动引起的围岩应力充分布， 是诱发底板 断层突水的主要原因之一， 因此在开采过程中应通过 一系列优化布置来减少开采扰动，同时断层含水压 力，及煤层开采深度也是诱发底板突水的重要因素， 在开采活动中要对其进行合理设计和观测。 2 ） 对断层活化的力学模型进行了分析， 推导出 了断层活化时的临界水压力 及临界开采深度 ， 在实 际应用中，可对指标进行量化来评估底板断层突水 的概率。 3 ） 在探讨以上突水机理的基础上， 提出一系列防 治水措施名主要包括 留设隔水煤柱、 降低水压、 注浆 堵水、 建立矿井综合防治水体系。 参考文献 [1] 张晓俊.基于底板突水对采动覆岩破坏规律研究[J].煤炭 技术,2018,37 （11） 191- 193. [2] 于喜东.地质构造与煤层底板突水[J].煤炭工程,2004 （120 34- 35. [3] 缪协兴,刘卫群,陈占清.采动岩体渗流理论[M].北京科学 出版社,2004. 作者简介 陈魁， 男， 学士， 助理工程师， 主要从事矿山开采研究。 （收稿日期 2019- 5- 14 ） 76 ChaoXing