淮北矿业集团股份有限公司童亭煤矿 安徽淮北 235000
摘要：为解决高瓦斯、自然矿井回采工作面采空区瓦斯异常涌出、遗煤漏风自然等问题，在研究均压通风技术基本原理的基础上，以童亭煤矿为研究对象，应用不同类型的均压通风技术。实践应用表明：采用对所在通路、并联通路、局部网络间与单调压气室-连通管等进行均压调节，都可以有效地进行压力调节，调控压力分布，从而控制漏风量，抑制采空区瓦斯异常涌出和遗煤自然。
关键词：煤矿；瓦斯涌出；均压通风；安全生产
0引言
瓦斯异常涌出、采空区自燃是煤矿最常见灾害，因此其预防和治理工作也是煤矿企业的重要工作内容[1~3]，其中最常用、最经济的治理措施为均压通风技术[11]。由于均压通风技术具有原理简单、不需要查明火源的具体位置、对工作人员无害、不影响正常生产等优点，因此为治理煤矿采空区自燃、瓦斯异常涌出提供了一条科学途径，其技术被广泛应用于煤矿“一通三防”安全管理工作中。周连春等将均压防灭火技术应用于老石旦煤矿，将火区工作面上隅角CO浓度从100ppm降到0ppm [4]；陈春谏等为解决II类自燃煤层矿井马脊梁矿14-Z煤层8804工作面回采过程中上覆采空区有害气体沿裂隙和顶板塌落区域涌入工作面问题，通过对不同治理方案的分析，提出了应用系统均压通风的解决方案，实践证明均压技术治理工作面有害气体是行之有效的[5]；杨程轲将均压通风技术应用于工作面瓦斯治理，应用证明该方法能有效降低回采工作面内瓦斯及有害气体的浓度[6]。
本文在研究均压基本原理的基础上，将均压通风技术应用于童亭煤矿“一通三防”安全管理过程中，有效解决现场问题，保障了安全生产。
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图1 均压技术原理示意图
1均压通风基本原理
均压通风技术即是利用风窗、风机或连通管等调节装置或设施，改变与漏风有关巷道的压力（包括静压、动压和位能）分布，均衡漏风通道进（或称源）、出（或称为汇）口两端的风压，降低漏风压差，减少漏风[7]。在现场安全管理过程中，调节漏风进与出口之间的压差值，实现有效防灭火和控制瓦斯涌出。
如图1所示，抽出式通风巷道a、b、c、d4个节点在没有设置调节风窗（局部阻力）时的压力坡度线为a、b1、c1、d1，在c-d巷道中设置调节风窗后其压力坡度线变为a、b2、c2、d2。可见：①设置调节风窗后巷道总阻力增加；②在风机特性曲线不变的条件下巷道风量减少，所以调节风窗前后的压力坡度线变平缓；③调节风窗前巷道的每一点压力都增加，调节风窗后巷道的每一点压力都降低，而且离调节风窗越近，压力的增幅或降幅越大。图中巷道的b点压力由b1升高为b2，c点压力由c1升高为c2，但c点离调节风窗近，比b点压力升高的幅度大。改变调节风窗设置的位置，就改变了风网的压力坡度线。因此可在需要增压地点的后面设置调节风窗，在需要减压地点的前面设置调节风窗。
2工程概况
童亭煤矿为突出、自然发火矿井。在工作面瓦斯治理方面，多采取斜交钻孔配合老塘埋管进行瓦斯抽放。矿井经鉴定，87采区8煤层自燃倾向性鉴定为Ⅰ类，自然发火期为44天；其它采区7、8、10煤层均为Ⅱ类自燃煤层，自然发火期分别为67天、78天、66天。
在矿井安全管理中，采空区管理是一项重要内容，面临着采空区漏风造成遗煤氧化自燃和采空区瓦斯异常涌出问题，对安全生产造成巨大威胁[8]。童亭煤矿在生产过程中多次遇到采空区瓦斯涌出异常、漏风压差较大等状况，通过采取均压通风措施，有效解决现场问题，保障了安全生产。
3应用
3.1改变局部通风网络结构的均压调节
1)问题描述
童亭煤矿86采区864工作面瓦斯含量1.8m3/t，回采过程中绝对瓦斯涌出量3.5m3/min（风排瓦斯），采用“U”型通风[9]，如图2所示。在工作面推进120m后，上隅角出现瓦斯超限。经分析，原因1：采取“U”型通风系统，工作面上隅角⑤（回风侧）、下隅角②（进风侧）间通风流程长，沿程阻力大，压力差较大，进而造成采空区漏风大，采空区瓦斯极易涌出；原因2：U型工作面风流运动状态，工作面上隅角靠近煤壁及采空区侧，风流速度较低，局部处于涡流状态，造成采空区涌出的瓦斯难以进入到主风流中，高浓度瓦斯在上隅角附近循环运动而聚集在涡流区中，从而导致上隅角的瓦斯浓度超限。
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图2“U”型通风系统示意图
2)解决措施
通过改变局部通风网络结构来进行均压调节。将工作面通风方式由“U”型改为“W”型[10]，如图3所示。
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图3“W”型通风系统示意图
3)结果分析
调整前后的通风网络图如图4所示。
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图4 通风网络图（调整前后）
调整后864工作面在风量不变的情况下，工作面进风与回风的通风流程由原来的②→③→⑤，改为②→③←⑤，进回间的通风流程缩短一半，沿程阻力下降一半，能量损失下降一半，压力差为原来的一半。该方案拆除⑤点与进风流的风门，调升了⑤的压力值，减少了工作面进风与回风节点间的压力差，从而有效控制采空区瓦斯涌出，同时采空区内自燃带范围压缩，窒息带前移，从而抑制了遗煤自燃。通过改变系统，864工作面回采期间未出现瓦斯及CO异常，保障了安全回采。
3.2减少并联风路压差的均压调节
1)问题描述
童亭煤矿87采区8174工作面在回采期间，因为通风系统调整的需要，在风巷车场构筑风门1；工作面回采后，在机、风巷构筑了密闭墙1、密闭墙2，见下图（图5）。工作面回采密闭后1.5个月，检测到在风巷密闭墙2附近有瓦斯涌出，且呈逐渐增大趋势，实测封闭墙2内外压差200 Pa。通过分析发现：密闭区的通风路线为①→②→密闭区→⑥，其并联风路为①→④→风门1→⑤→⑥中间有调节风门1，该风门的存在，增大了①与⑥间的压力差，间接增大了密闭区两端机、风巷密闭墙之间的压力差，造成采空区的漏风增多，带动采空区瓦斯涌出，从而导致密闭内的瓦斯自风巷密闭墙上部巷道顶板的裂隙涌出。
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图5 8174封闭区通风设施示意图（调整前）
2)解决措施
在节点⑥回风位置设置风门2，并拆除原有风门1，如图6所示。
3)结果分析
其均压示意图为图7。该方案通过拆除并联风路设施1，将节点⑥与进风流沟通，并且在⑥的回风通路上设置风门，提升了节点⑥的压力值，缩小了节点②和⑥的压力差。实施均压后墙强内外压差实测降为15 Pa，墙前无瓦斯。
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图6 8174封闭区通风设施示意图（调整后）
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图7 8174封闭区通风设施均压示意图
4结论
1）通过对童亭煤矿在生产过程中多次遇到采空区瓦斯涌出异常、漏风压差较大等状况的原因分析，通过采取均压通风措施，有效解决现场问题，保障了安全生产。
2）通过对各工作面的压差分析以及瓦斯涌出情况，采取不同方法调节均压：改变864工作面局部通风网络结构，其回采期间未出现瓦斯及CO异常；减少8174工作面并联风路压差，实践后墙强内外压差实测降为15 Pa，墙前无瓦斯；
3）在煤矿日常安全生产管理中，上隅角、封闭墙瓦斯问题都是比较常见问题，也是“一通三防”管理重要内容，通过合理的通风系统调节均压能够起到良好的治理效果。尤其是在封闭区管理中，通过均压调节即可控制瓦斯涌出，又能避免因漏风或者采取抽放措施造成的自然发火隐患。
参考文献：
[1]刘满芝,杨继贤,周梅华.煤炭储备研究现状综述及研究方向建议[J].中国矿业.2010,19(11):41-44.
[2]李大生.国内外煤矿安全生产状况对比研究[J].中国矿业.2015,24(8):45-48.
[3]王志峰.均压通风技术在上湾煤矿的应用研究[J].煤炭科学技术.2016,44(10):53-57..
[4]周连春,马嗣卓,张金山等.均压防灭火技术在老石日煤矿的实践与应用[J]煤炭技术.2016,35(9);176-178.
[5]陈春谏,赵耀江,蔡培培等.均压通风在马脊梁矿的实践应用[J].煤炭技术. 2018(9):233-235.