【摘 要】大庄沟煤矿3-1煤层3104、3015等工作面上部是2-2煤层采空区，该采空区属小煤窑房柱式开采后的采空区，漏风通道复杂，长期处于自燃状态，有毒有害气体浓度高。为了保证3-1煤层各个工作面的安全回采，大庄沟煤矿设计了3104工作面均压通风方案，对工作面的压能进行了测定，并结合实际确定了工作面回风巷与采区回风巷之间的压差调节范围。经过现场实践，取得了良好效果，保证了工作面的安全回采。
【关键词】均压通风；火区下部；煤层；安全回采
0.引言
我国西部许多矿井煤层埋藏较浅，上部煤层小煤矿滋生，由于小煤矿多采用房柱式开采或以掘代采，回采率低、遗煤多，巷道相互沟通、地表塌陷严重，长期漏风供氧产生了大面积的煤层自燃火区，因此，许多矿井时常面临着在火区下部采煤的难题。
火区下部煤层采煤工作面在回采过程中经常面临着上部采空区CO等有毒有害气体突然涌入的威胁，当工作面采用负压通风方式时，随着工作面的推采和顶板垮落，上部火区的有毒有害气体会涌泄到正在回采的工作面，造成有害气体超限，甚至导致人员伤亡。当工作面采用均压通风方式时，可有效防止上部火区的有毒有害气体涌入工作面。但如果工作面通风压力过大，风流会进入上部火区，加剧上部火区的发展，给后续工作面的开采带来不利影响。因此，研究火区下部煤层工作面均压通风参数，对防止上部火区有毒有害气体涌入工作面，控制上部火区的发展，进而保障工作面的安全开采具有重要意义。
1.矿井概况
大庄沟煤矿位于陕西省榆林市境内，矿井采用分区抽出式的通风方式，设计生产能力为300 Mt/a，有1-2、2-2、3-1三个可采煤层，为近水平煤层，构造简单。现主采的3-1煤层厚度稳定，构造简单，顶板岩性以砂岩为主，较坚硬。顶部的2-2煤层厚度2.1m～6.2m，平均3.8m，由南向北厚度逐渐变薄，煤层总体厚度稳定，局部可采，与3-1煤层的层间距约30m至40m。2-2煤层已由小煤窑采用房柱式采煤方法开采，且部分区域进行了露天剥离采煤。通过在3104工作面两顺槽及主回撤通道向2-2煤层施工13个钻孔的数据来看，3104工作面上方CO的浓度最大可达到10000ppm。
2.3104工作面均压通风参数初步分析
在3104工作面实行均压通风，可有效防止上部采空区的有毒有害气体涌入工作面。3104工作面均压通风系统的气体压力调节是通过胶带运输巷的两台局部通风机和回风巷内的调节风窗来实现的。回风上隅角是回采工作面压能最低区域，只要确保上部采空区的有毒有害气体无法涌入上隅角，就可保证有毒有害气体无法进入工作面。在3104工作面实行均压通风方式期间，为确保工作面的安全，应将上隅角与上部采空区的压力平衡面控制在■处（为3-1和2-2煤层间距），为此，对3104工作面实行均压通风的通风参数进行了初步计算分析。
2.1 3104工作面上部采空区气压估算
3104工作面回撤通道内的“U”型水柱计直接连通上部2-2煤层采空区，忽略上部采空区气体压力变化，通过该水柱计读数，结合精密气压计测量值，即可直接估算出上部采空区的气体压力。
3104工作面回撤通道“U”型水柱计读数约为230Pa，用精密气压计在“U”型水柱计处测得的绝对压力为P′=879.8hPa，根据通风参数取ρ=1.073kg/m3，则回撤通道相对于2-2煤层采空区的位压为：ρgh=1.073kg/m3×9.8m/s2×40m=420.6pa。
2.2 3104工作面调节风窗处压能初步分析
3104工作面均压系统示意图如图1所示。其中，回风顺槽的调节风窗在3104工作面均压系统中起着非常重要的作用，如果风窗调节得当，则可有效防止上部采空区有毒有害气体涌入工作面，如果调节不当，则均压系统不能起到应有作用，甚至会发生危险。
在3104工作面未实施均压通风之前，工作面配风量为23m3/s，采取均压通风措施后，工作面配风量应保持不变，并将2点的静压控制在884.2hPa左右，则3点的静压就可以通过计算确定，进而确定回风顺槽调节风窗内外压差，为均压通风的实施提供理论依据。根据通风压能损耗计算公式，负压通风期间2-3段巷道的压能损耗为：
为了保证均压通风措施实施后，工作面上隅角的静压保持在884.2hPa左右，则回风巷调节风窗处的静压应为：p调≈88420Pa-158 Pa=882.6hPa。
经实测采区回风巷静压P回=878.5hPa，所以3104工作面回风巷调节风窗处的“U”水柱计示数P=P调-P回=88260-87850=410Pa。
因此，在初步建立3104工作面均压通风系统时，对调节风窗进行调节，可使“U”水柱计示值（即调节风窗内外两侧压差）在410Pa左右，工作面配风量23m3/s。
3.3104工作面均压通风系统实践与参数调整
在3104工作面均压通风方案中，将调节风窗内外两侧压差初步确定为410Pa左右，这是在3104工作面还未实施均压通风情况下计算的理论数据，为了保证3104工作面均压系统实施过程中的安全稳定，通过对3104工作面通风参数及上部2-2煤采空区气体压力进行测定，在实施均压系统后还需要对3104工作面的通风参数再次确定，最重确定调节风窗内外两侧压差的调节范围。
2012年7月6日，大庄沟煤矿3104工作面均压通风系统开始试运行，通过进回风的调节风窗，将工作面风量调节到23m3/s左右，当回风风窗压差调节到380Pa左右时，工作面均压系统运行正常，通过钻孔检测，工作面与其上部采空区的压力基本实现平衡，可满足工作面安全生产的要求，各项通风参数与理论计算值基本相符。
4.安全技术措施
为了确保均压通风系统的可靠稳定，我们采取了以下几个方面的安全技术措施：第一，选择安设4台2×45kw局部通风机（2台运行，2台备用），局部通风机有较大的通风富余能力；第二，局部通风机的电源采用相互独立的双回路供电，当其中的一路电源停电时，系统将自动切换到另一路电源上，实现“双电源、双风机、自动切换”；第三、工作面的风门、调节风窗以及局部通风机等通风设施，全部设专人看管，确保均压通风系统的安全可靠；第四；工作面建立了预警系统，包括通讯联络系统和广播系统，同时，在工作面及回风巷安设了大量的CO监测报警仪。当均压通风系统出现异常时，地面调度室及3104工作面的各个地点，均可以向受影响区域的所有人发出报警信息，通知他们及时撤离现场；第五、组织职工认真学习安全技术措施，并开展应急演练。
5.结论
通过对3104工作面在负压通风期间的压能测定，得到工作面的基本通风参数，并结合通风系统的实际情况，确定了3104工作面采取均压通风措施后回风顺槽调节风窗的压差调节方案，通过实践验证，均压通风参数取值基本合理。同时，得出如下结论：
（1）3104工作面采取均压通风前后，矿井通风系统和其它地点的风量并无明显变化，但在3104工作面增压风机启运前和停止运转后，需加强对矿井主要巷道和用风地点的风流监测，同时尽量减少外界因素对矿井通风系统的影响。
（2）在3104工作面还未实施均压通风的情况下，根据3104工作面负压通风的实际运行情况及通风参数，确定了在3104工作面实施均压通风措施后，工作面回风风窗压差调节在410Pa左右，可保证工作面的安全生产。在均压通风方案实施以后，我们根据2-2煤层采空区气体浓度变化情况，最终确定了工作面回风风窗的压差调节区间（350Pa，410Pa）。■
【参考文献】
[1]程卫民.矿井通风与安全[M].北京：煤炭工业出版社，2009.
[2]张国枢.通风安全学[M].徐州：中国矿业大学出版社，2007.
[3]国家安全生产监督管理总局.AQ1028—2006，煤矿井工开采通风技术条件[S].北京：煤炭工业出版社，2006.
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