兗礦綜合機械化放頂煤工作面礦井通風(fēng)技術(shù)

綜采放頂煤開采特厚煤層受到很多因素的制約，給礦井安全出產(chǎn)帶來了很多新挫折，例如煤炭自燃的預(yù)防、瓦斯防治、粉塵控制等。尤其是對于高瓦斯煤層，因為綜下班作面產(chǎn)量集中，瓦斯披發(fā)面大，特別是當采煤機割煤移架過程中頂煤應(yīng)力狀態(tài)和煤體結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，產(chǎn)生大量的裂隙，使煤體中的大量吸附瓦斯解吸成游離瓦斯開釋到工作空間和采空區(qū)，同時采空區(qū)遺煤也會涌出部門瓦斯，造成大量的瓦斯積壓于采空區(qū)。當頂板來壓或放煤時，采空區(qū)瓦斯將大量涌入工作面，往往造成工作面回風(fēng)騷中瓦斯?jié)舛瘸蕖Ｋ裕扇」赖耐革L(fēng)系統(tǒng)和有效的瓦斯防治技術(shù)是實現(xiàn)綜放面高產(chǎn)高效的樞紐所在。

    1、綜放開采礦井透風(fēng)技術(shù)

    1.1綜下班作面透風(fēng)系統(tǒng)主要特征

    兗州礦區(qū)綜下班作面是在分層綜采工作面的基礎(chǔ)上衍生和發(fā)展起來的。分層綜采工作面和綜采放頂煤工作面（即綜下班作面）回采煤層均為第3煤層，工作面之間均為沿空送巷布置方式（即工作面之間只留1--3m煤皮，不留煤柱）。綜下班作面與分層綜采工作面比擬較，工作面長度、推進長度、巷道布置、出產(chǎn)系統(tǒng)等基本相同。

    綜下班作面透風(fēng)系統(tǒng)采用了分層綜采工作面透風(fēng)方式（工作面\"U\"型透風(fēng)），其配風(fēng)量按分層綜采工作面風(fēng)量公式計算。圖4－2－1為興隆莊礦5306綜下班作面透風(fēng)系統(tǒng)示意圖。

    工作面透風(fēng)系統(tǒng)包括工作面透風(fēng)系統(tǒng)的型式、風(fēng)騷方向、從工作面到采區(qū)（或礦井）總進、回風(fēng)巷的透風(fēng)網(wǎng)路和透風(fēng)構(gòu)筑物等內(nèi)容。兗州礦區(qū)綜下班作面透風(fēng)系統(tǒng)歸納起來有以下主要特征：

   1.1.1工作面為“U\"型透風(fēng)。

   1.1.2工作面盡可能選用下行透風(fēng)。因煤層傾角小，一般為2o－7o，瓦斯涌出量小，工作面下行透風(fēng)符合《煤礦安全規(guī)程》劃定，這是其一；其二，工作面下行透風(fēng)，下隅角為回風(fēng)側(cè)，溫度較高，與采空區(qū)內(nèi)部溫差則較小，從而可以減少下限角與采空區(qū)之間的天然風(fēng)壓，減少采空區(qū)內(nèi)部因演然風(fēng)壓產(chǎn)生的漏風(fēng)，有利于預(yù)防采空區(qū)浮煤天然發(fā)火；其三，工作面下行透風(fēng)，上隅角在進風(fēng)側(cè)，溫度較低而位置較高，由于天然風(fēng)壓方向老是自下而上，所以不可能產(chǎn)生因天然風(fēng)壓產(chǎn)生的漏風(fēng)；同時上隅角為進風(fēng)側(cè)、風(fēng)壓較高，還可以抵消一部門采空區(qū)內(nèi)部的自下而上的天然風(fēng)壓；其四，工作面若為上行透風(fēng)，下隅角為進風(fēng)側(cè)，溫度低而風(fēng)壓高，增加了采空區(qū)內(nèi)部漏風(fēng)風(fēng)壓，不利于預(yù)防采空區(qū)浮煤天然發(fā)火。

    1.1.3工作面沿采空區(qū)一側(cè)順槽一般選作進風(fēng)順槽，沿實體煤一側(cè)順槽一般選作回風(fēng)順槽（圖4－2－1）。沿采空區(qū)一側(cè)順槽用作進風(fēng)，風(fēng)壓較高，有利于減少采空區(qū)氣體泄放到進風(fēng)順槽和工作面，尤其是減少一氧化碳氣體的泄出，改善了工作面透風(fēng)前提，保障了工作職員的身體健康。

    1.1.4工作面移動變電站一般設(shè)在進風(fēng)順槽，運輸設(shè)備一般設(shè)在回風(fēng)順槽，移動變電站設(shè)在進風(fēng)順槽，處于新鮮風(fēng)騷中，工作環(huán)境好。運輸設(shè)備設(shè)在回風(fēng)順榴，運輸過程中產(chǎn)生的粉塵、破碎機破碎煤炭過程中產(chǎn)生的粉塵都直接從回風(fēng)順槽排走，不進入工作面，有利于改善工作面的功課環(huán)境。

    1.1.5工作面進風(fēng)順槽通過聯(lián)絡(luò)巷和集中巷與采區(qū)進風(fēng)上（下）山相連通。工作面回風(fēng)順槽通過聯(lián)絡(luò)巷和集中巷與采區(qū)回風(fēng)上（下）山也相連通。改變聯(lián)絡(luò)巷道中風(fēng)門的開、關(guān)狀態(tài)，便可很利便地改變工作面的風(fēng)騷方向，實現(xiàn)工作面的區(qū)域反風(fēng)，有利于工作面的災(zāi)變（主要是天然發(fā)火）處理，防止有毒有害氣體進入工作面。

    2、綜下班作面風(fēng)量的確定

    采煤工作面需風(fēng)量的計算是礦井風(fēng)量計算的核心。目前采煤工作面需風(fēng)量的計算公式是根據(jù)采煤工作面單產(chǎn)較低的出產(chǎn)前提下制定的，對于綜下班作面的風(fēng)量計算已不合用，如何公道計算綜下班作面風(fēng)量，直接影響到綜下班作面的安全和經(jīng)濟效益。準確地確定綜下班作面的配風(fēng)量，應(yīng)根據(jù)綜下班作面產(chǎn)量大、回采速度快、工作面長、設(shè)備多等特點，客觀實際地確定綜下班作面影響配風(fēng)因素，在此基礎(chǔ)上確定綜下班作面的風(fēng)量計算方法。

    2.1綜下班作面配風(fēng)量的影響因素

    綜下班作面應(yīng)把工作面涌出的瓦斯降低到（煤礦安全規(guī)程）所答應(yīng)的濃度，而高瓦斯礦井影響綜下班作面配風(fēng)的主要因素是瓦斯。統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，年產(chǎn)150萬t以上的綜下班作面主要是低瓦斯礦井。近幾年來，通過對兗州礦區(qū)的鮑店煤礦、南屯煤礦、東灘煤礦、興隆莊煤礦等礦井多個綜下班作面配風(fēng)量的影響因素進行的實際測定，把握了影響綜下班作面配風(fēng)的影響因素，主要有地面空氣、機電設(shè)備散熱、煤塵濃度及采煤工作面長度等。

    2.1.1地面空氣溫度對工作面進風(fēng)風(fēng)騷溫度的影響

    采煤工作面進風(fēng)風(fēng)騷溫度指的是移動變電站前風(fēng)騷的溫度。地面空氣流入井下后，主要受圍巖散熱的影響。冬季地面空氣溫度較低，一般進風(fēng)井口都有取暖設(shè)備，冷空氣經(jīng)由期溫度會升高，然后在活動的過程中受圍巖散熱影響，又使風(fēng)騷溫度逐漸升高，到達移動變電站前時風(fēng)騷溫度達到20℃左右。春、秋季節(jié)地面空氣的溫度與流經(jīng)巷道圍巖溫度相差不大，所以風(fēng)騷到達移動變電站前時風(fēng)騷溫度與地面溫度變化不大。夏季地面空氣溫度高，巷道圍巖溫度又在20℃以上，再加上夏天空氣中水蒸氣的含熱量也大，所以夏季地面空氣流入井下后，溫度降低得較小。因此春、秋、冬季地面空氣的溫度對工作面進風(fēng)風(fēng)騷的空氣溫度影響較小，夏季地面空氣溫度，對工作面進風(fēng)風(fēng)騷溫度影響較大。

    2.1.2移動變電站設(shè)備散熱

    綜下班作面電器設(shè)備最集中的地點為移動變電站，風(fēng)騷流經(jīng)移動變電站時溫度會升高，移動變電站負荷越大，散熱量越大。工作面正常時，移動變電站散熱量為從進風(fēng)井口至工作面回風(fēng)風(fēng)騷吸收總熱量的10％左右。

    2.1.3落煤散熱及運煤的散熱

    采煤工作面采煤機在割煤時，煤層和頂?shù)装鍘r層的溫度較高，披發(fā)大量的熱量，使工作面的風(fēng)騷的溫度沿工作面逐漸升高5--6℃，采煤過程中工作面披發(fā)的熱量占從進風(fēng)井口到工作面回風(fēng)風(fēng)騷總吸收熱量的百分比隨季節(jié)不同而變化。

    2.1.4風(fēng)騷在活動過程中吸收熱量的計算

    由以上的分析可知，在礦井的各種熱源中，除機電設(shè)備散熱較集中外，其他熱源分布較分散，單獨計算每種熱源散放的熱量比較麻煩且沒有必要。依據(jù)對工作面進風(fēng)騷溫度的影響，把井下熱源的影響分為3段：第一段從井口到工作面移動變電站前，稱為進風(fēng)巷道，這一段主要是進風(fēng)巷道各種熱源對工作面進風(fēng)騷的影響；第二段為工作面移動變電站，因為移動變電站散熱量大，直接影響工作面的勞動景象形象前提；第三段為采煤工作面，工作面運轉(zhuǎn)的機電設(shè)備多，開采強度大，煤層頂、底板巖石散熱及煤的氧化和采空區(qū)的散熱，使工作面空氣溫度逐漸升高。 礦井透風(fēng)的狀態(tài)變化過程屬于定壓過程，在定壓過程中系統(tǒng)所吸收的熱量即是系統(tǒng)狀態(tài)比焓的增加。因此．根據(jù)巷道起、末兩斷面測定的空氣濕度與溫度，按下式可計算出風(fēng)騷經(jīng)由各段時所吸收（或披發(fā)）的熱量：

      q＝m（i2一i1）                          （4－2－1)

式中q—空氣所吸收（披發(fā)）的熱量， kJ；

m—質(zhì)量風(fēng)量，kg/min；

i1、i2—風(fēng)騷起、末斷面空氣的焓值，kJ／(kg干空氣)。

由公式(4－2－1)可計算各采煤工作面從進風(fēng)井口到工作面回風(fēng)各段風(fēng)騷吸收（披發(fā)）的熱量值。通過對計算結(jié)果分析得出以下結(jié)論：

    (1)工作面進風(fēng)順槽的移動變電站是工作面進風(fēng)騷的主要熱源，風(fēng)騷流經(jīng)移動變電站后，焓值增加7kJ/kg左右，使工作面進風(fēng)風(fēng)騷溫度升高2－3℃。

    (2)工作面出產(chǎn)時散熱量大，如風(fēng)騷經(jīng)由采煤工作面焓值增加了20kJ／（Kg干空氣）左右，工作面的熱量主要來自機電設(shè)備散熱和煤巖的散熱。

    2.1.5空氣溫度

    實測表明，春、秋季節(jié)因為氣溫變化不大，故地面空氣的相對溫度變化也不大；夏季跟著氣溫的升高，相對濕度逐漸降低，而下戰(zhàn)書3點鐘后氣溫降低，相對濕度迅速升高；冬季氣溫較低，相對溫度較小，且日變化小。地面空氣的相對濕度跟著空氣溫度的變化而變化。

    井下風(fēng)騷的濕度總體上跟著風(fēng)騷的活動逐漸增大，到達移動變電站時相對濕度均在90%以上；流過移動變電站因為溫度升高，風(fēng)騷的相對濕度略有降低；進入工作面風(fēng)騷的相對濕度逐漸增大，達到96%以上，有時達到100%。

    工作面風(fēng)騷的相對濕度不管在何季節(jié)，都在90%以上，變化不大，即地面空氣的相對濕度的變化對工作面風(fēng)騷的相對濕度不產(chǎn)生影響。

    2.1.6煤塵濃度

    綜采、綜下班作面產(chǎn)量高，開采強度大。綜采工作面采煤機割煤時的瞬時全塵濃度每立方米高達上萬毫克，嚴峻地污染功課環(huán)境，損害工人身體健康，危及人身與礦井安全。采煤工作面風(fēng)量計算，應(yīng)考慮有利于降低采煤工作面粉塵濃度。工作面的風(fēng)速大小直接影響著采煤機及其他塵源的產(chǎn)塵量。當在一定限度內(nèi)增加風(fēng)速時，因為風(fēng)騷稀釋和帶走粉塵而使粉塵濃度降低，但風(fēng)速超過某值，因為揚起沉積的粉塵和減慢粉塵的沉降過程而導(dǎo)致粉塵濃度增大。因此，綜采、綜下班作面煤體的水分、采煤機的能力和所采取防塵措施對最佳排塵風(fēng)速影響很大。

    2.1.7采煤工作面長度對天氣前提的影響

    根據(jù)測定資料，采煤工作面的天氣前提受季度和工作面配風(fēng)量的影響，在風(fēng)量一定時，跟著風(fēng)騷在工作面的活動，濕卡他度值逐漸降低，即工作面天氣前提沿著工作面的長度逐漸變差。當達到一定長度（一般l00m左右）時，濕卡他度值下降得比較快，說明工作面長度加大后，改善工作面的天氣前提，應(yīng)加大配風(fēng)量。根據(jù)充州礦區(qū)的測定，綜采、綜下班作面長度每增加l00m，配風(fēng)量應(yīng)增加20％。

    2.2綜下班作面風(fēng)量計算公式

    通過綜下班作面配風(fēng)量影響因素的分析，影響綜下班作面配風(fēng)的主要因素有工作面進風(fēng)風(fēng)騷的溫度、移動變電站設(shè)備散熱、采煤工作面的長度和煤塵濃度。因此，綜放配風(fēng)量在考慮這些因素影響時，為采煤工作面創(chuàng)造良好的勞動天氣前提作為風(fēng)量計算的依據(jù)，同時計算公式簡樸、參數(shù)直觀、可測。

    2.2.1綜下班作面風(fēng)量計算的依據(jù)

    根據(jù)測定的綜下班作面風(fēng)量的影響因素，綜下班作面的風(fēng)量計算公式知足下列前提：

   (1)以工作面進風(fēng)風(fēng)騷的溫度（移動變電站前）為依據(jù)，確定工作面的風(fēng)速；

   (2)風(fēng)速是指采煤機處及四周工作職員處的風(fēng)速；

   (3)綜下班作面后部輸送機的風(fēng)速不低于0.5m/s;

   (4)移動變電站對工作面天氣前提的影響；

   (5)工作面長度對工作面天氣前提的影響；

   (6)有利于瓦斯的排放；

   (7)有利于降低工作面的粉塵濃度。

   2.2.2綜下班作面風(fēng)量計算公式

   《煤礦安全規(guī)程執(zhí)行說明》劃定，工作面需要風(fēng)量應(yīng)按瓦斯、二氧化碳涌出量、爆破后有害氣體產(chǎn)生量、工作面溫度、風(fēng)速以及功課人數(shù)等因素分別計算后，取其最大值。兗州礦區(qū)綜下班作面需要風(fēng)量計算也是依照這個劃定進行，但考慮到工作面瓦斯涌出量低、工作面人數(shù)未幾、無放炮功課等詳細情況，在計算順序上有所變動。

（1）按風(fēng)速和溫度計算需要風(fēng)量：

                         Qf＝60×V×S×K長      (4－2－2)

式中Qf—綜放面需風(fēng)量，m3／min;

    V—綜下班作面的風(fēng)速，按進風(fēng)風(fēng)騷的溫度由表4－2－1選取，m/s;

    S—綜下班作面均勻有效透風(fēng)斷面積（按最大和最小控頂距時的均勻值），m2；

    K長—采煤工作面面長調(diào)整系數(shù)，按表4－2－2選取。

表4-2-1綜下班作面進風(fēng)空氣溫度與風(fēng)速對應(yīng)表

采煤工作面空氣溫度（oC） 采煤工作面風(fēng)速（m/s） 15-180.818-200.8-1.020-231.0-1.323-261.3-1.626-281.6-2.0

注：采煤工作面空氣溫度，應(yīng)在工作面運輸機上方空間中心．距回風(fēng)順槽15m處的風(fēng)騷中側(cè)定。

表4-2-2采煤工作面面長調(diào)整系數(shù)表

采煤工作面長度（m）

<160160-200 200-260 260-300>300 K長 1.01.11.21.31.4

(2)按瓦斯涌出量驗算所需風(fēng)量：

                           Q≥100×q×K2                （4－2－3)

式中Q—綜下班作面需要風(fēng)量，m3／min;

q—綜下班作面瓦斯絕對涌出量，m3／min; K2—綜下班作面瓦斯涌出不平均的備用風(fēng)量系數(shù)，取1.2-1.6。

按二氧化碳涌出量驗算需用風(fēng)量，可參照按瓦斯涌出量驗算方法。

(3)按工作面功課人數(shù)驗算所需風(fēng)量

                              Q≥4N              （4－2－4)

式中Q—綜下班作面需要風(fēng)量，m3／min;

    N—綜下班作面同時工作的最多人數(shù)，人。

    上述計算結(jié)果為工作面正常情況下需要的風(fēng)量．在某些情況下也可適當增加或減少部門風(fēng)量。如充州礦區(qū)3煤層天然發(fā)火比較嚴峻，若工作面泛起天然發(fā)火隱患，為防火需要，在保證工作面瓦斯不超限不影響排除粉塵的情況下，一般都適當減少部門風(fēng)量。