基于均压通风和SF6示踪的漏风治理方案

董学林，刘龙龙，严巧文，杨金辉

(1.中煤华晋集团 韩咀煤业有限公司， 山西 临汾 042100；2.辽宁工程技术大学 工商管理学院， 辽宁 葫芦岛 125100)

在煤矿生产中，工作面漏风会导致功耗增大、瓦斯积聚和煤层自燃等问题[1]，均压通风技术和示踪气体技术是两种有效的治理漏风方法。均压通风技术得益于其原理直观、安全威胁小和对生产的负面影响小等优点，被广泛应用在矿井漏风治理中[2]. 在示踪气体应用方面，唐德馨[3]在对比研究数种示踪气体后，发现SF6稳定性和灵敏性都较好；于志祥[4]认为在负压漏风中，SF6是较好的选择，而且能迅速找到漏风点。本文结合韩咀矿32103备采工作面漏风情况，立足于均压通风技术和SF6示踪气体技术各提出一种治理方案，为该矿漏风治理提供借鉴。

1 32103备采工作面漏风情况

韩咀矿32103备采工作面进风量为720 m3/min，回风量为1 082 m3/min，32103主运顺槽处的压力为96 576 Pa，32103辅运顺槽处的压力为96 290 Pa，压差为286 Pa，即32103备采工作面存在负压漏风，且漏风点在32103主运顺槽和辅运顺槽的某处或某几处，漏风量为362 m3/min.

2 漏风原因分析

32103工作面附近存在多处采空破坏区，随着工作面的开采，顶板应力发生变化，覆岩层易出现裂隙，使之成为漏风通道，造成漏风。

1) 相邻矿井间漏风。

该矿周边分布6个煤矿，各矿矿界与该矿矿界紧密相连。32103工作面东临井田边界，与王家岭煤矿相邻，当煤层间距较小时，采动容易在相邻煤层采空区间形成漏风通道[5].

2) 地表裂缝发育引起漏风。

32103工作面标高为+565～+594 m，地面标高为+784～+900 m，最浅处埋深为190 m，因此，顶板裂隙易引发地表裂隙，地表空气便可以进入矿井[6].

3) 采空区煤柱裂隙发育引起漏风。

32103工作面紧邻采空破坏区三带和采空破坏区四带，随着回采的进行，煤柱极容易因此被挤压乃至破裂，将相邻采空区联通起来，引起漏风。

4) 巷道煤柱裂隙发育引起的漏风。

32103工作面紧邻32010采空区，当生产开始时，井下巷道会与32101采空区不可避免地产生压差，之后会进一步形成漏风通道。

3 基于均压通风技术的漏风治理方案

3.1 均压通风原理

均压通风通过某些方法来调整工作面风压，使工作面风压等于一个定值，这一定值必须能与采空区风压平衡，使得漏风通道的两端压力趋于平衡，从而减少漏风，达到漏风治理的目的[7-8].

根据通风阻力定律:

Δh=RQn

(1)

式中，Δh为漏风通道两端的压差，Pa；Q为漏风量，m3/s；R为漏风通道风阻，NS2/m8；n为漏风风流流态指数，取1～2. 由此得出：

(2)

为了减少漏风量，要使Q最大限度地趋近于0,可以通过增大漏风所经受风阻的方法，也可以采取减少漏风通道两端压差的方式[8]. 如风机调压与风窗调压。风机调压本质上是通过风机来增风增压。只有当该风路的风量可以增加的情况下才能使用风机调压，一般采取进风巷内安装调压风机的方法，使漏风压差减小。风窗调压本质上是通过风窗来增阻减风。只有当该风路的风量可以降低的情况下才能使用风窗调压，一般采取回风巷内安装调节风窗的方法，使漏风压差减小。

3.2 漏风治理方案

3.2.1 均压通风方案设计

根据均压通风原理，在北大巷横贯、32103主运顺槽、32103辅运顺槽分别设置两道风门，并设置两台并联的风机给工作面供风。

1) 北大巷横贯构筑两道增压风门，在其墙体上设4个d80 cm的铁皮风筒，每个风筒各连接一台风机,取大直径风筒，将对旋风机出风口和铁皮风筒连接牢固后便可使用[9].

2) 32103主运顺槽设置两道均压门，均压风门的一侧留出风门，另一侧留出小口穿皮带，在以上两道风门上，安装跨皮带全封闭装置。当均压系统启动后，为了方便测压及观测工作面的内外压差，在均压风门里安装一个U型压差计[10].

3) 在32103回风顺槽尾部新建两扇门，两门间隔在10 m以上，根据生产需求，可以适当增加两道门之间的距离。

3.2.2 风量计算和风机选型

1) 32103工作面需风量核定。

32103备采面即将投入生产，因此将其视为采煤工作面，投产后的需风量为996 m3/min.

2) 调节风窗面积计算。

(3)

式中，Sw为调节风窗的面积，m2；Q为工作面风量，m3/s；S为回风巷面积，m2，取14；hw为风门的阻力，Pa，按照对备采工作面的压力提升286 Pa计算。得出风窗面积为1.18 m2.

3) 风机选择。

(4)

式中，k为漏风备用系数，取0.92；Qf为风机工作量，m3/s. 由此计算出风机工作量为18.04 m3/s，即1 082 m3/min.

考虑到32103工作面开采后，通风阻力会增大，按照100 Pa计算，风机的工作阻力为386 Pa，风机应满足工况点风机工作量1 082 m3/min的要求。根据其他煤矿的生产经验，启用两台2×75 kW对旋风机，并联运行，作为备用，需要另外准备两台2×75 kW对旋风机。

4 SF6示踪气体漏风检测及密闭填充治理方案

采用SF6示踪气体进行漏风检测，能够更精准确定漏风点，计算漏风量，而后采用“双层墙体密闭+材料填充”方式进行漏风治理[11].

4.1 漏风检测

示踪气体定量释放量计算：

q=KCQ

(5)

式中，q为预计SF6定量释放流量，m3/min；K为系数，取4～5；Q为通过被测巷道的风量，m3/min；C是由仪器的检测灵敏度决定的，表示SF6示踪气体在预定的风流中的最小浓度。

计算SF6气体释放点与取样点的距离[12]：

(6)

式中，L为释放点与取样点的间距,m；S为井巷断面积，m2；U为井巷周界长度，m.

4.2 计算方法

漏风量计算:

(7)

式中，ΔQi为所要检测的巷道的第i段漏风量，m3/min；q为SF6示踪气体的释放量，m3/min；Ci、Ci+1分别为测点i、i+1的SF6示踪气体浓度。若ΔQi为正，说明是正压漏风；若ΔQi为负，则说明是负压漏风。

漏风率计算：

(8)

式中，ai为所要检测的巷道的第i段漏风量，%；若ai为正，说明是正压漏风；若ai为负，则说明是负压漏风。

取3次测定结果平均算术值，若相对误差低于5%，则测定结果具有准确性，反之则需重新测定。

4.3 测点布置

对测定点进行布置，见图1.

图1 32103备采工作面测点布置图

1) 回风释放点。

在32103备采工作面主运顺槽和辅运顺槽设置SF6回风释放点，释放点与工作面保持20 m左右的距离。释放点工作时，释放量为3 L/min，释放过程持续30 min，保证整个过程稳定释放，并记录释放时间和SF6释放量。

2) 回风采样点。

在32103主运顺槽和辅运顺槽设置回风采样点进行气样采集，采集间隔3 min，取样数量为10，总取样时间为30 min. 气样采集时对橡胶气袋编号，并注明时间和地点。

4.4 漏风治理方案

根据漏风现状，可采取双层墙体密闭和材料填充以及局部注浆的治理方案。

1) 双层墙体密闭和材料填充。

采用混凝土进行双墙体密闭，双墙体之间上方用罗克休材料填充，下方用黄土和石灰填充，另外在底槽与墙体交界处倾斜安装排水管。

2) 局部注浆。

为避免密闭墙体后，墙体所在处附近的煤体裂隙漏风，需在墙体密闭工作完成验收无误后，对所密闭墙体前5 m的巷道挂网，挂网后进行喷浆作业，喷浆厚度在10cm以上为宜。

5 结 语

1) 方案一在北大巷横贯、32103主运顺槽和32103辅运顺槽分别设置两道调压风门和两台并联的对旋风机作为调压风机，并计算了工作面风量、风窗面积,进行了风机选型，根据均压通风原理解决漏风问题。

2) 方案二根据SF6示踪气体技术，规划出测点布置，找出工作面准确漏风点，并计算出准确漏风量，结合双墙体密闭和材料填充施工方案，能有效治理漏风。施工时，选择其中一种方案即可。