井下均压通风防灭火分析

1 工程概述

A 矿井田整体呈不对称的倾伏向斜构造，主采 3#煤层，具有自然发火倾向，发火周期为 3～6 个月。自2010 年建成投产以来，该矿先后多次发生火灾事故，对生产造成极大的负面影响。为有效防治火灾问题，提升生产安全性，A 矿多年来对井下火灾问题进行了深入的探究，并建立了有效的综合防灭火体系，特别是均压通风防灭火技术的应用，有效实现了对矿井煤层自燃的控制。

2 煤层自燃危险性分析

对于井下煤层而言，其自燃现象与煤层自身自燃特性、通风系统结构、煤层赋存情况、巷道布设情况及采煤工艺等息息相关。在此，结合以往生产实践经验对 A 矿煤层自燃危险性进行综合分析。a) A 矿主采的 3# 煤层自身存在较为明显的自燃倾向性，这是该矿煤层自燃的主要诱因之一。通过对 A 矿井下煤层的自燃性进行分析，可知 A 矿 3# 煤层自燃性较高，发火期不超过 6 个月，属于煤层自燃的内在因素。b) 煤层地质和赋存条件的复杂使得回采后作业面采空区遗煤自燃的可能性进一步增大。A 矿井下煤层大部分为大倾角煤层，为典型的急倾斜煤层，多采用伪倾斜柔性掩护支架进行回采支护。这种支护方式会造成较严重的丢煤现象且后期封闭难度较大，使得采空区防灭火难度大幅增加。此外，井田内部分区域地质构造复杂程度极高，不仅断层和褶皱发育明显，且煤层受张力和挤压力的双重作用，使得煤层不仅破碎度高且裂隙发育，具备较好的吸氧条件，容易自燃。c) 采空区浮煤容易通过漏风通道获得充足的 O2。矿井下作业面布设采用沿空留巷方式，虽然提升了煤炭回采比率，增加了矿井综合效益，但由于沿空侧巷道连通相邻采空区，容易造成回采区域与相邻采空区相连通，从而使得各采空区相连成片。这种情况下，采空区遗煤极易获得充足的 O2，为自燃提供了有利条件[2- 3]。

3 均压通风防灭火原理分析

对于均压通风防灭火而言，确保井下通风机运行工况点及风网关系的合理、科学是关键所在。作业时，通过对井下通风系统的调控，对通风系统各风压间的关系进行人工调节，从而实现对自然发火危险区进回风两侧风压差的调整，有效减少通过漏风通道进入采空区的O2 量，使得该区域不具备自然发火的必要条件。基于上述分析可知，实现采空区有效堵漏和防灭火应当具备的两个条件为：a) 构成尽可能小的火区封闭边界;b) 构成的火区封闭边界应具备较高的稳定性[4]。根据通风阻力定律 (如式(1)所示)：Dh=RQn，(1)式(1)中，Dh 为漏风通道两侧风压差值，Pa;R 为漏风通道风阻，N·S2/m8;Q 为漏风量，m3 /s;n 为漏风流态指数，常数，取 1～2。分析式(1)可知，为最大程度降低采空区漏风量，应当尽可能使漏风量 Q 趋于 0 m3 /s，其有效途径主要有两种：a) 增大采空区漏风阻力;b) 缩小采空区密闭区域内外压差[5]。前一种情况为密闭防火，后一种情况为均压防火。在实际应用中，矿井压力、煤柱受损情况、漏风量、防火墙密闭性等诸多因素均可对防灭火的最终成效造成影响。鉴于此，只要采空区进风侧与回风侧之间存在漏风压差，单一的堵漏作业便无法实现对采空区的有效防护。应用均压通风防灭火技术，将进风侧与回风侧风压差保持在相对均衡的水平，便能够从根本上遏止漏风进入采空区，从而有效规避自燃现象。一般来说，根据煤矿井下所施工区域是否有效封闭，均压可分为闭区均压和开区均压两种。前者是指对于存在自燃风险的密闭区，通过均压调节的方式有效预防煤炭自燃;后者是指对正在回采的作业面进行风压调控，从而减少采空区漏风，在抑制遗煤自燃的同时防止采空区有害气体涌出，提升回采安全性。

4 均压通风防灭火技术实践应用分析

A 矿 2398 作业面回采期间，因调风作业需求，在与封闭区相连的巷道内配设有调节风门 F。在作业面完成回采作业后，于两侧巷道各布设一个密闭墙，如图 1所示。作业面回采完成后 2 个月，在密闭墙 2 内发现CO 且其浓度在短时间内快速升高。分析其原因主要有两点：a) 密闭墙 2 所处的巷道为煤巷，构建密闭墙时与顶板接触不密实，导致密闭墙上部与采空区间有了连接通道;b) 密闭区进风侧与回风侧之间布设有调节风门 F，导致密闭墙 1 与密闭墙 2 之间压差较大，出现向采空区漏风的现象，引发遗煤自燃，进而使得 CO 自密闭墙 2 上部溢出[6]。针对上述问题，采用均压调节治理方式，具体操作流程为：在采空区并联封路的风流汇合处布设调节风门 F1，同时拆除原有的调节风门 F。采用这一方式，密闭墙 1 与密闭墙 2 之间的风压差得到有效控制，密闭墙2 处 CO 浓度明显降低，安全风险得到有效消除。这表明均压通风实现了对采空区遗煤自燃的有效治理。

5 结语

煤矿井下采空区遗煤自燃是矿井生产中威胁生产安全的主要因素之一，采取有针对性的措施进行防治，对于提升矿井生产安全性和综合效益意义重大。均压通风防灭火技术是一种有效的采空区遗煤自燃防治术。矿井管理者应当加强对防灭火技术的探究，结合生产实际，实现对相关技术的有效应用，从而为矿井长久发展提供坚实保障。