工作面通风系统优化及防灭火技术研究

尹建军

(晋能控股煤业集团有限责任公司四老沟矿，山西 大同 037000)

引 言

煤矿综采工作面的开采除了采用合理的采煤工艺、支护方案外还存在众多关键因素。通风系统作为综采工作面的“肺”，其不仅承担着保证工作面瓦斯浓度保证《煤炭安全规程》的相关规定，而且还需保证综采工作面气流通畅，预防火灾事故的发生[1]。根据《煤炭安全规程》的相关规定，要求在实际开采过程必须注意对容易自燃煤层或者自燃矿井采取合理的防灭火措施。本文着重对矿井通风系统进行优化，并对其所采取的防灭火技术进行研究。

1 工作面通风系统的优化

解决工作面火灾事故的主要根源时减少煤炭与空气的直接接触。因此，需对工作面的通风系统进行优化，着重对通风方式和风量进行优化；除此之外，采取合理有效的措施对工作面的漏风现象进行解决。因此，需对流入工作面的风量进行监测，着重对进风巷、回风巷以及中间巷道的通风情况进行精确监测，为通风系统的优化提供扎实的依据[2]。

1.1 工作面漏风情况的监测模拟分析

本文所监测漏风情况的工作面为9306工作面，在其巷道内所布置监测的间距为100 m，具体监测点的布置如图1所示。

如图1所示，在靠近9307工作面采空区所布置监测点的编号为A1～A6，在靠近9305综采工作面监测点的编号为B1～B2。经对上述6个位置进行监测可知，在A2～A6 5个位置存在漏风情况，且最大漏风监测点为A4，对应的漏风量为99 m3/min，漏风率为8.3%；最小漏风监测点为A3，对应的漏风量为12 m3/min，漏风率为1.0%。综上所述，整个工作面的漏风较为严重，主要集中在9306采煤作业的位置以及9305工作面的切眼位置。

图1 9 306工作面漏风监测点

1.2 工作面漏风规律模拟分析

本节将根据9 306工作面的实际情况，基于FLUENT软件建立数值模拟模型，对其不同通风方式下工作面的漏风情况进行模拟研究[2]。基于FLUENT所搭建的9306通风系统的模型如第99页图2所示。

如图2所示，巷1为9306工作面的轨道顺槽；巷2为9306工作面的运输顺槽；巷3为9305工作面的运输顺槽。为了能够更好的对工作面的漏风情况进行模拟研究，在实际仿真时将工作面的气体均认为N2，且每条巷道的进风量均设定为650 m3/min，最终对工作面内氧气的流向进行模拟分析[3]。

图2 通风系统数值模拟模型

当采用Y型通风方式时，进风巷道为9306工作面的轨道顺槽和运输顺槽；回风巷道为9305工作面的运输顺槽；当采用W型通风方式时，进风巷道为9306工作面的轨道顺槽和9305工作面的运输顺槽，回风巷道为9306工作面的运输顺槽。经仿真分析得出如下结论：

当采用W型通风方式时，工作面内氧气含量比例为0.195～0.135；而采用Y型通风方式时，工作面内氧含量比例为0.15～0.105。而且，在W型通风方式下工作面交汇处的风速大于0.1 m/s；而在Y型通风方式下工作面交汇处的风速小于0.1m/s。综上所述，W型通风方式下对应的漏风情况较Y型通风方式下严重，更容易发生火灾事故。

1.3 工作面通风系统的优化

基于上述实践测试和数值模拟仿真分析的基础，应将工作面的W型通风方式改造为Y型通风方式，即进风巷道为9306工作面的轨道顺槽和运输顺槽；回风巷道为9305工作面的运输顺槽。并对采用Y型通风方式后工作面不同位置的风量进行监测，以验证通风系统优化改造后的效果。基于Y型通风方式后，各监测点的风量如表1所示。

表1 优化改造后各监测点风量监测结果

如表1所示，经采用Y型通风方式后所监测位置的风量几乎一致，说明整个工作面的漏风问题已得到解决。

2 工作面防灭火技术研究

为有效预防工作面火灾、自燃等现象，在对工作面通风系统进行优化改造后，还需采取适当有效的防灭火措施。本工程主要采用了注凝胶防灭火技术和低温氮气阻化细水雾防灭火技术，以保证综采工作面的安全生产。

2.1 注凝胶防灭火技术研究

针对本工程选用无氨凝胶和MFJ矿用防灭火凝胶剂配合使用进行注胶操作，经注胶操作后在煤体等高温物体上会形成含水膜以对氧气进行隔离。一般情况下，注凝胶灭火技术的效果可保持三个月；在失效后在凝胶表面重新加水即可再次发挥防火效果[4]。

本工作注凝胶操作所采用的核心设备为气动注浆泵，其具体型号为ZBQS-6/12；结合实践经验一般凝胶剂与水的比例为1∶100，在实际施工过程中可根据需要对混合比例进行调整。针对9306工作面的实际情况注胶钻孔的位置如图3所示。

图3 9306工作面注凝胶防灭火钻孔示意图

如图3所示，在9306沿空留巷内设计3个钻孔，设定每个孔径的直径为89 mm，而且保证每个钻孔均应穿过浮煤层。

2.2 低温氮气阻化细水雾防灭火技术研究

针对工作面火灾发生地相对封闭且位置相对较远时，可采用低温氮气阻化细水雾防灭火技术进行防灭火操作，具体操作方案为将氮气和阻化液分两条管道输送至火灾位置充分混合后以水雾的形式进行灭火[5]。

一般的，阻化液为采用氯化镁、氯化钠以及氯化钙等无机盐类所配置而成的阻化液，其质量分数控制在10%～30%；在实际输送过程中将氮气和阻化液的压力均控制在0.3 MPa～0.6 MPa，一般输送阻化液的压力略高于输送氮气的压力。本工程9306工作面的采用低温氮气阻化细水雾防灭火技术具体实施方案如图4所示。

图4 低温氮气阻化细水雾防灭火现场实施方案

如图4所示，将低温氮气阻化细水雾防灭火的一套系统包括有输送管道、注氮管、水泵以及制冷机等设备布置于9306工作面的回风顺槽中，将柱氮口布置于液压支架后方10 m位置处。本方案所采用的阻化液为15%的氯化镁溶液；输送氮气的压力为0.3 MPa，输送阻化液的压力为0.4 MPa(对应氮气的流量为800 m3/h，对应阻化液的流量为1 m3/h)。

3 结语

工作面通风系统承担着净化工作面空气质量任务的同时，不合理的通风方式还可能加剧工作面自燃、火灾等事故的发生。因此，在实际生产过程中除了采取有效的防灭火措施外，还需采用最佳、合理的通风方式。本文以9 306工作面为例展开通风系统的优化，并对涉及到的防灭火技术进行研究，具体总结如下：

1) 9306工作面沿空留巷存在较为严重的漏风现象，为此将原W通风方式优化改造后Y型通风方式。经现场监测，改造后工作面的漏风现象得到解决。

2) 针对9306工作面的实际情况分别设计了助凝剂防灭火方案和低温氮气阻化细水雾防灭火方案。