兖矿综放开采矿井通风技术

1、安全技术兖矿综放开采矿井通风技术 综采放顶煤开采特厚煤层受到很多因素的制约，给矿井平安生产带来了很多新难题，例如煤炭自燃的预防、瓦斯防治、粉尘掌握等。尤其是对于高瓦斯煤层，由于综放工作面产量集中，瓦斯散发面大，特殊是当采煤机割煤移架过程中顶煤应力状态和煤体结构发生转变，产生大量的裂隙，使煤体中的大量吸附瓦斯解吸成游离瓦斯释放到工作空间和采空区，同时采空区遗煤也会涌出部分瓦斯，造成大量的瓦斯积存于采空区。当顶板来压或放煤时，采空区瓦斯将大量涌入工作面，往往造成工作面回风流中瓦斯浓度超限。所以，实行合理的通风系统和有效的瓦斯防治技术是实现综放面高产高效的关键所在。 1、综放开采矿井通风技术 1.1

2、综放工作面通风系统主要特征 兖州矿区综放工作面是在分层综采工作面的基础上衍生和进展起来的。分层综采工作面和综采放顶煤工作面(即综放工作面)回采煤层均为第3煤层，工作面之间均为沿空送巷布置方式(即工作面之间只留1-3m煤皮，不留煤柱)。综放工作面与分层综采工作面相比较，工作面长度、推动长度、巷道布置、生产系统等基本相同。 综放工作面通风系统采纳了分层综采工作面通风方式(工作面U型通风)，其配风量按分层综采工作面风量公式计算。 工作面通风系统包括工作面通风系统的型式、风流方向、从工作面到采区(或矿井)总进、回风巷的通风网路和通风构筑物等内容。兖州矿区综放工作面通风系统归纳起来有以下主要特征： 1.

3、1.1工作面为"U型通风。 1.1.2工作面尽可能选用下行通风。因煤层倾角小，一般为2o-7o，瓦斯涌出量小，工作面下行通风符合煤矿平安规程规定，这是其一;其二，工作面下行通风，下隅角为回风侧，温度较高，与采空区内部温差则较小，从而可以削减下限角与采空区之间的自然风压，削减采空区内部因演然风压产生的漏风，有利于预防采空区浮煤自然发火;其三，工作面下行通风，上隅角在进风侧，温度较低而位置较高，由于自然风压方向总是自下而上，所以不行能产生因自然风压产生的漏风;同时上隅角为进风侧、风压较高，还可以抵消一部分采空区内部的自下而上的自然风压;其四，工作面若为上行通风，下隅角为进风侧，温度低而风

4、压高，增加了采空区内部漏风风压，不利于预防采空区浮煤自然发火。 1.1.3工作面沿采空区一侧顺槽一般选作进风顺槽，沿实体煤一侧顺槽一般选作回风顺槽(图4-2-1)。沿采空区一侧顺槽用作进风，风压较高，有利于削减采空区气体泄放到进风顺槽和工作面，尤其是削减一氧化碳气体的泄出，改善了工作面通风条件，保障了工作人员的身体健康。 1.1.4工作面移动变电站一般设在进风顺槽，运输设备一般设在回风顺槽，移动变电站设在进风顺槽，处于新奇风流中，工作环境好。运输设备设在回风顺榴，运输过程中产生的粉尘、破裂机破裂煤炭过程中产生的粉尘都直接从回风顺槽排走，不进入工作面，有利于改善工作面的作业环境。(风险世界网-R

5、iskMW.com 专业讨论平安风险管理,平安员的门户网站!) 1.1.5工作面进风顺槽通过联络巷和集中巷与采区进风上(下)山相连通。工作面回风顺槽通过联络巷和集中巷与采区回风上(下)山也相连通。转变联络巷道中风门的开、关状态，便可很便利地转变工作面的风流方向，实现工作面的区域反风，有利于工作面的灾变(主要是自然发火)处理，防止有毒有害气体进入工作面。 2、综放工作面风量的确定 采煤工作面需风量的计算是矿井风量计算的核心。目前采煤工作面需风量的计算公式是依据采煤工作面单产较低的生产条件下制定的，对于综放工作面的风量计算已不适用，如何合理计算综放工作面风量，直接影响到综放工作面的平安和经济效益。

6、正确地确定综放工作面的配风量，应依据综放工作面产量大、回采速度快、工作面长、设备多等特点，客观实际地确定综放工作面影响配风因素，在此基础上确定综放工作面的风量计算方法。 2.1综放工作面配风量的影响因素 综放工作面应把工作面涌出的瓦斯降低到(煤矿平安规程)所允许的浓度，而高瓦斯矿井影响综放工作面配风的主要因素是瓦斯。统计数据表明，年产150万t以上的综放工作面主要是低瓦斯矿井。近几年来，通过对兖州矿区的鲍店煤矿、南屯煤矿、东滩煤矿、兴隆庄煤矿等矿井多个综放工作面配风量的影响因素进行的实际测定，把握了影响综放工作面配风的影响因素，主要有地面空气、机电设备散热、煤尘浓度及采煤工作面长度等。 2.1

7、.1地面空气温度对工作面进风风流温度的影响 采煤工作面进风风流温度指的是移动变电站前风流的温度。地面空气流入井下后，主要受围岩散热的影响。冬季地面空气温度较低，一般进风井口都有取暖设备，冷空气经过时温度会上升，然后在流淌的过程中受围岩散热影响，又使风流温度渐渐上升，到达移动变电站前时风流温度达到20左右。春、秋季节地面空气的温度与流经巷道围岩温度相差不大，所以风流到达移动变电站前时风流温度与地面温度变化不大。夏季地面空气温度高，巷道围岩温度又在20以上，再加上夏天空气中水蒸气的含热量也大，所以夏季地面空气流入井下后，温度降低得较小。因此春、秋、冬季地面空气的温度对工作面进风风流的空气温度影响较

8、小，夏季地面空气温度，对工作面进风风流温度影响较大。 2.1.2移动变电站设备散热 综放工作面电器设备最集中的地点为移动变电站，风流流经移动变电站时温度会上升，移动变电站负荷越大，散热量越大。工作面正常时，移动变电站散热量为从进风井口至工作面回风风流汲取总热量的10%左右。 2.1.3落煤散热及运煤的散热 采煤工作面采煤机在割煤时，煤层和顶底板岩层的温度较高，散发大量的热量，使工作面的风流的温度沿工作面渐渐上升5-6，采煤过程中工作面散发的热量占从进风井口到工作面回风风流总汲取热量的百分比随季节不同而变化。 2.1.4风流在流淌过程中汲取热量的计算 由以上的分析可知，在矿井的各种热源中，除机电

9、设备散热较集中外，其他热源分布较分散，单独计算每种热源散放的热量比较麻烦且没有必要。依据对工作面进风流温度的影响，把井下热源的影响分为3段：第一段从井口到工作面移动变电站前，称为进风巷道，这一段主要是进风巷道各种热源对工作面进风流的影响;其次段为工作面移动变电站，由于移动变电站散热量大，直接影响工作面的劳动气象条件;第三段为采煤工作面，工作面运转的机电设备多，开采强度大，煤层顶、底板岩石散热及煤的氧化和采空区的散热，使工作面空气温度渐渐上升。 矿井通风的状态变化过程属于定压过程，在定压过程中系统所汲取的热量等于系统状态比焓的增加。因此.依据巷道起、末两断面测定的空气湿度与温度，按下式可计算出风

10、流经过各段时所汲取(或散发)的热量： q=m(i2一i1)(4-2-1) 式中q空气所汲取(散发)的热量，kJ; m质量风量，kg/min; i1、i2风流起、末断面空气的焓值，kJ/(kg干空气)。 由公式(4-2-1)可计算各采煤工作面从进风井口到工作面回风各段风流汲取(散发)的热量值。通过对计算结果分析得出以下结论： (1)工作面进风顺槽的移动变电站是工作面进风流的主要热源，风流流经移动变电站后，焓值增加7kJ/kg左右，使工作面进风风流温度上升2-3。 (2)工作面生产时散热量大，如风流经过采煤工作面焓值增加了20kJ/(Kg干空气)左右，工作面的热量主要来自机电设备散热和煤岩的散热。

11、 2.1.5空气温度 实测表明，春、秋季节由于气温变化不大，故地面空气的相对温度变化也不大;夏季随着气温的上升，相对湿度渐渐降低，而下午3点钟后气温降低，相对湿度快速上升;冬季气温较低，相对温度较小，且日变化小。地面空气的相对湿度随着空气温度的变化而变化。 井下风流的湿度总体上随着风流的流淌渐渐增大，到达移动变电站时相对湿度均在90%以上;流过移动变电站由于温度上升，风流的相对湿度略有降低;进入工作面风流的相对湿度渐渐增大，达到96%以上，有时达到100%。 工作面风流的相对湿度无论在何季节，都在90%以上，变化不大，即地面空气的相对湿度的变化对工作面风流的相对湿度不产生影响。 2.1.6煤尘

12、浓度 综采、综放工作面产量高，开采强度大。综采工作面采煤机割煤时的瞬时全尘浓度每立方米高达上万毫克，严峻地污染作业环境，损害工人身体健康，危及人身与矿井平安。采煤工作面风量计算，应考虑有利于降低采煤工作面粉尘浓度。工作面的风速大小直接影响着采煤机及其他尘源的产尘量。当在肯定限度内增加风速时，由于风流稀释和带走粉尘而使粉尘浓度降低，但风速超过某值，由于扬起沉积的粉尘和减慢粉尘的沉降过程而导致粉尘浓度增大。因此，综采、综放工作面煤体的水分、采煤机的力量和所实行防尘措施对最佳排尘风速影响很大。 2.1.7采煤工作面长度对气候条件的影响 依据测定资料，采煤工作面的气候条件受季度和工作面配风量的影响，在

13、风量肯定时，随着风流在工作面的流淌，湿卡他度值渐渐降低，即工作面气候条件沿着工作面的长度渐渐变差。当达到肯定长度(一般l00m左右)时，湿卡他度值下降得比较快，说明工作面长度加大后，改善工作面的气候条件，应加大配风量。依据充州矿区的测定，综采、综放工作面长度每增加l00m，配风量应增加20%。 2.2综放工作面风量计算公式 通过综放工作面配风量影响因素的分析，影响综放工作面配风的主要因素有工作面进风风流的温度、移动变电站设备散热、采煤工作面的长度和煤尘浓度。因此，综放配风量在考虑这些因素影响时，为采煤工作面制造良好的劳动气候条件作为风量计算的依据，同时计算公式简洁、参数直观、可测。 2.2.1

14、综放工作面风量计算的依据 依据测定的综放工作面风量的影响因素，综放工作面的风量计算公式满意下列条件： (1)以工作面进风风流的温度(移动变电站前)为依据，确定工作面的风速; (2)风速是指采煤机处及四周工作人员处的风速; (3)综放工作面后部输送机的风速不低于0.5m/s; (4)移动变电站对工作面气候条件的影响; (5)工作面长度对工作面气候条件的影响; (6)有利于瓦斯的排放; (7)有利于降低工作面的粉尘浓度。 2.2.2综放工作面风量计算公式 煤矿平安规程执行说明规定，工作面需要风量应按瓦斯、二氧化碳涌出量、爆破后有害气体产生量、工作面温度、风速以及作业人数等因素分别计算后，取其最大值

15、。兖州矿区综放工作面需要风量计算也是依照这个规定进行，但考虑到工作面瓦斯涌出量低、工作面人数不多、无放炮作业等详细状况，在计算挨次上有所变动。 (1)按风速和温度计算需要风量： Qf=60VSK长(4-2-2) 式中Qf综放面需风量，m3/min; V综放工作面的风速，按进风风流的温度由表4-2-1选取，m/s; S综放工作面平均有效通风断面积(按最大和最小控顶距时的平均值)，m2; K长采煤工作面面长调整系数，按表4-2-2选取。 表4-2-1综放工作面进风空气温度与风速对应表 采煤工作面空气温度(oC)采煤工作面风速(m/s) 15-180.8 18-200.8-1.0 20-231.0-

16、1.3 23-261.3-1.6 26-281.6-2.0 注：采煤工作面空气温度，应在工作面运输机上方空间中央.距回风顺槽15m处的风流中侧定。 表4-2-2采煤工作面面长调整系数表 采煤工作面长度(m)160160-202100-260260-300300 K长1.01.4 2)按瓦斯涌出量验算所需风量： Q100qK2(4-2-3) 式中Q综放工作面需要风量，m3/min; q综放工作面瓦斯肯定涌出量，m3/min; K2综放工作面瓦斯涌出不匀称的备用风量系数，取1.2-1.6。 按二氧化碳涌出量验算需用风量，可参照按瓦斯涌出量验算方法。 (3)按工作面作业人数验算所需

17、风量 Q4N(4-2-4) 式中Q综放工作面需要风量，m3/min; N综放工作面同时工作的最多人数，人。 上述计算结果为工作面正常状况下需要的风量.在某些状况下也可适当增加或削减部分风量。如充州矿区3煤层自然发火比较严峻，若工作面消失自然发火隐患，为防火需要，在保证工作面瓦斯不超限不影响排解粉尘的状况下，一般都适当削减部分风量。 3、通风系统优化管理 优化矿井通风系统，建立系统合理、稳定牢靠、运行经济、抗灾力量强的矿井通风系统是矿井通风工作的首要任务。 3.1实行分区通风 矿井一翼、水平、采区均有独立的通风系统是通风系统合理的重要标志，兖州矿区所属矿井均严格实行分区通风。 3.2建立了矿井主

18、要胶带巷独立通风系统 胶带火灾对矿井平安威逼极大。传统的通风方式是实行主要轨道巷和主要胶带巷双巷进风，以降低矿井通风阻力。在这种方式下一旦胶带着火，有害气体将危害下风侧区域，使火害扩大。为了最大程度地限制灾难范围，防止有害气体扩散，建立胶带巷独立通风系统是最有效的途径。此外，独立的胶带巷通风系统可降低煤仓、溜煤眼放空时对通风系统的影响，增加通风系统的稳定性，对防治采空区瓦斯涌出和煤层自然发火有重要意义。 为了建立胶带巷独立通风系统，充州矿区对原有的胶带通风系统进行了大规模改造。目前，南屯、兴隆庄、鲍店、东滩4对矿井的主要胶带巷均建立了独立通风系统，济宁二号、济宁三号、北宿、杨村矿的主要胶带巷及

19、采区胶带运输巷均布置在回风流中，从而大大提高了矿井的抗灾力量。 3.3建立了局部反风系统 当采区内部的进风系统或工作面进风巷发生火灾时，需快速调整预设的反风风门开关状态，在主要通风机保持正常运行条件下，实现采区内部巷道或采煤工作面风流反向，使火灾风流直接流入采区回风巷或主要回风巷中。充州矿区在采区、工作面设计时布置了局部反风系统，提高了矿井的抗灾力量。 3.4.优化通风网路 为了简化矿井通风系统，兖州矿区各对矿井均应用了通风系统优化技术，用计算机优选通风方案，使矿井通风系统更加合理，降低了井巷阻力。 3.4.1通风系统优化的原则 通风系统优化是在保证肯定通风平安效果的前提下，使通风费用最低。所

20、谓肯定的通风平安效果，是指适应我国目前生产技术进展水平，符合我国有关法规要求的通风平安效果。它可以用以下几个主要指标反映： (1)矿井风量和用风地点风量应符合规定的风质和供风标准。 (2)风量比(供风量/需风量)，以1.1-1.2为宜。 (3)有效风量率大于85%。 (4)矿井主要通风机风压应符合下列要求：Q扇3000m3/min,h1500Pa;Q扇=3000-5000m3/min，h2000Pa;Q扇=5000-10000m3/min，h2500Pa;Q扇10000m3/min，h3000Pa。 (5)矿井通风系统稳定(主要指矿井主要通风机、用风区风流的稳定度)。 (6)防灾抗灾力量强。

21、(7)矿井通风总费用最低。矿井通风费用主要指通风电费、通风专用工程费用、其他如管理、维护)费用。 在满意肯定的通风平安效果的前提下.通风系统优化应遵循以下原则： a)以矿井实测数据为基础。 b)以满意各时期矿井总用风量和各用风地点风量为前提。 c)以矿井通风系统中决策的间题为内容。 d)充分利用现有井巷和设备，考虑优化措施时先挖潜后新建。 e)以提高经济效益，实现各时期通风节能为目的。 3.4.2矿井通风系统优化的基本内容 矿井通风系统是一个由风机、风网和通风设施等多要素组成的简单的动态系统。一般地说，矿井通风系统优化分为： (1)通风系统的选择。主要包括矿井进回风井筒的位置、数量、通过力量和主要通风机的配置、安装地点、工作方式、供风力量的选择和优化。 (2)风机工况的优化。主要指通风网路的选择和优化、风机运行状态的选择、通风掌握的优化等。 (3)单项通风工程的优化。 3.4.3矿井通风系统优化步骤 通风系统优化按下列挨次开展工作： (1)现场技术测定。这是系统优化的基础工作，主要包括矿井主要通风机性能测定和矿井通风阻力测定。 (2)矿井通风现状的模拟。由矿井主要通风机性能测定、矿