兗礦綜合機械化放頂煤工作面礦井通風技術(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騷中瓦斯?jié)舛瘸?。所以，采取公道的透風系統(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、綜放開采礦井透風技術(shù)

    1.1綜下班作面透風系統(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。

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

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

   1.1.1工作面為“U\"型透風。

   1.1.2工作面盡可能選用下行透風。因煤層傾角小，一般為2o－7o，瓦斯涌出量小，工作面下行透風符合《煤礦安全規(guī)程》劃定，這是其一；其二，工作面下行透風，下隅角為回風側(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)之間的天然風壓，減少采空區(qū)內(nèi)部因演然風壓產(chǎn)生的漏風，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，上隅角在進風側(cè)，溫度較低而位置較高，由于天然風壓方向老是自下而上，所以不可能產(chǎn)生因天然風壓產(chǎn)生的漏風；同時上隅角為進風側(cè)、風壓較高，還可以抵消一部門采空區(qū)內(nèi)部的自下而上的天然風壓；其四，工作面若為上行透風，下隅角為進風側(cè)，溫度低而風壓高，增加了采空區(qū)內(nèi)部漏風風壓，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)順槽一般選作進風順槽，沿實體煤一側(cè)順槽一般選作回風順槽（圖4－2－1）。沿采空區(qū)一側(cè)順槽用作進風，風壓較高，有利于減少采空區(qū)氣體泄放到進風順槽和工作面，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)在進風順槽，運輸設(shè)備一般設(shè)在回風順槽，移動變電站設(shè)在進風順槽，處于新鮮風騷中，工作環(huán)境好。運輸設(shè)備設(shè)在回風順榴，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工作面進風順槽通過聯(lián)絡(luò)巷和集中巷與采區(qū)進風上（下）山相連通。工作面回風順槽通過聯(lián)絡(luò)巷和集中巷與采區(qū)回風上（下）山也相連通。改變聯(lián)絡(luò)巷道中風門的開、關(guān)狀態(tài)，便可很利便地改變工作面的風騷方向，實現(xiàn)工作面的區(qū)域反風，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、綜下班作面風量的確定

    采煤工作面需風量的計算是礦井風量計算的核心。目前采煤工作面需風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量計算已不合用，如何公道計算綜下班作面風量，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因素，在此基礎(chǔ)上確定綜下班作面的風量計算方法。

    2.1綜下班作面配風量的影響因素

    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風騷溫度的影響

    采煤工作面進風風騷溫度指的是移動變電站前風騷的溫度。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，又使風騷溫度逐漸升高，到達移動變電站前時風騷溫度達到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，所以風騷到達移動變電站前時風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風騷的空氣溫度影響較小，夏季地面空氣溫度，對工作面進風風騷溫度影響較大。

    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井口至工作面回風風騷吸收總熱量的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)的熱量占從進風井口到工作面回風風騷總吸收熱量的百分比隨季節(jié)不同而變化。

    2.1.4風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，稱為進風巷道，這一段主要是進風巷道各種熱源對工作面進風騷的影響；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)量風量，kg/min；

i1、i2—風騷起、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井口到工作面回風各段風騷吸收（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)工作面進風順槽的移動變電站是工作面進風騷的主要熱源，風騷流經(jīng)移動變電站后，焓值增加7kJ/kg左右，使工作面進風風騷溫度升高2－3℃。

    (2)工作面出產(chǎn)時散熱量大，如風騷經(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。

    井下風騷的濕度總體上跟著風騷的活動逐漸增大，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，風騷的相對濕度略有降低；進入工作面風騷的相對濕度逐漸增大，達到96%以上，有時達到100%。

    工作面風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)增加風速時，因為風騷稀釋和帶走粉塵而使粉塵濃度降低，但風速超過某值，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量的影響，在風量一定時，跟著風騷在工作面的活動，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，配風量應(yīng)增加20％。

    2.2綜下班作面風量計算公式

    通過綜下班作面配風量影響因素的分析，影響綜下班作面配風的主要因素有工作面進風風騷的溫度、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綜下班作面風量計算的依據(jù)

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

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

   (2)風速是指采煤機處及四周工作職員處的風速；

   (3)綜下班作面后部輸送機的風速不低于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）按風速和溫度計算需要風量：

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

式中Qf—綜放面需風量，m3／min;

    V—綜下班作面的風速，按進風風騷的溫度由表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綜下班作面進風空氣溫度與風速對應(yīng)表

采煤工作面空氣溫度（oC） 采煤工作面風速（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．距回風順槽15m處的風騷中側(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量：

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

式中Q—綜下班作面需要風量，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量系數(shù)，取1.2-1.6。

按二氧化碳涌出量驗算需用風量，可參照按瓦斯涌出量驗算方法。

(3)按工作面功課人數(shù)驗算所需風量

                              Q≥4N              （4－2－4)

式中Q—綜下班作面需要風量，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量．在某些情況下也可適當增加或減少部門風量。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量。