李丽; 陈志平; 刘新; 王贝贝; 关忠慧; 周玉斌 【期刊名称】《《煤矿安全》》 【年(卷),期】2019(050)010 【总页数】4页(P177-180)
【关键词】反风演习; 分区式通风; 多风机联合运转; 通风网络; 应急救援 【作 者】李丽; 陈志平; 刘新; 王贝贝; 关忠慧; 周玉斌
【作者单位】长春工程学院 吉林 长春 130021; 铁法煤业集团 大兴煤矿 辽宁 调兵山 112700 【正文语种】中 文 【中图分类】TD724
矿井反风是矿井发生灾变时（特别是火灾）所采取的一项重要的控制风流的救灾措施[1]。矿井反风是处理矿井进风井口、井筒、井底车场、主要进风巷和硐室火灾最有效的措施。一旦以上地点发生火灾，进行全矿井的反风，一方面可以防止高温空气和有害气体进入井下作业点而造成的人员的烧伤及有害气体中毒事故，另一方面可避免火灾事故的扩大，为井下人员的的撤离创造条件。正因为矿井反风如此重要，所以《煤矿安全规程》规定生产矿井每年应当进行一次反风演习[2]。 1 矿井概况
某煤矿现为核定生产能力330 万t/a 的煤与瓦斯突出矿井，开拓方式为竖井双水
平集中大巷上下山开拓，分区式通风，现仅开采一水平。
矿井通风系统设中央和南井2 个通风分区，分区之间在主要入风巷道有1 条运输巷联通。布置进风竖井3 个、排风竖井2 个，均采用K4-73-01№32F型离心式通风机抽出式工作，主要通风机设置有反风道。现生产期间中央风井排风量16 860 m3/min、负压 2 303 Pa、等积孔 6.97 m2，南排风井排风量为6 400 m3/min、负压 1 744 Pa、等积孔 3.04 m2。矿井总体通风网咯可以简化为“H”型角联矿井通风网络，如图1。
中央通风系统担负北翼（e2）北一、北二采区和南翼（e5）南二采区通风，南井通风系统担负南五采区 7 层（e11）和 9 层（e13）通风。角联分支（e8）将中央和南井2 套通风系统联通。 2 反风演习步骤
2.1 反风阶段风向及通风参数变化
该矿井为2 台主要通风机联合运行、分区通风：第1 步在中央风井正常通风情况下对南排风井进行反风；第2 步保持南排风井反风条件下对中央风井反风；第3 步保持中央风井反风条件下对南排风井恢复通风；第4 步恢复全矿井正常通风、对井下进行瓦斯排放。不同反风阶段风向情况见表1，矿井反风前后通风参数见表2。
图1 某煤矿“H”型角联矿井通风网络
表1 不同反风阶段风向情况注：正常通风风向为+，巷道风流掉向为-。分支 正常通风 南排风井单反 联合反风 中央风井单反e1 e2 e3 e4 e5 e6 e7 e8 e9 e10 e11 e12 e13++++++++++++++++++-+--+---------+-----------+-++++++ 反风过程中为了减少反风对于采空区自燃、开放性采空区瓦斯涌出及风流反向流到主要入风的时间等影响，在采区入回风巷进行控制性风流短路。 2.2 反风率及反风后瓦斯浓度
反风演习设备操作时间均在5 min 内完成，南排风井单独反风的反风率为90%；2 个井同时反风的反风率为58%，其中中央系统反风率为51%、南井系统反风率为77%；中央风井单独反风的反风率为53%，矿井反风率都在40%以上。反风后对灾害预设点观测的风流瓦斯浓度均小于2%CH4，最大值仅为 0.1%CH4。 表2 不同反风阶段矿井通风参数参数 正常通风 南排风井单反 联合反风 中央风井单反e3分支风量/（m3·min-1）e12 e8 e1 e9 16 860 6 400 765 17 625 5 635 17 000 5 749 5 070 11 700 700 8 560 4 942 2 975 11 175 2 000 8 910 6 930 2 590 7 400 4 500风压/kPa中央主要通风机房 -22.6 -22.1 11.1 10.2南井主要通风机房 -17.1 5.3 5.8 -13.9 9.05 5.48 3.65矿井风阻/（N·s2·m-8）等积孔/m2全矿井中央系统南井系统9.95 6.97 3.04 10.57 7.10 4.91 8.78 5.06 4.04全矿井中央系统南井系统0.014 3 0.029 2 0.153 3 0.012 7 0.028 1 0.058 7 0.018 4 0.055 4 0.086 7 0.017 3 0.047 1 0.106 5 3 反风演习中煤矿各参数变化分析
矿井反风实测结果表明，矿井反风后通风网络和通风参数发生变化。由表1、表2可以看出，风流在风网中进行了重新组织分配，无论是区域性反风还是全矿井反风，均观测到矿井风量减少、风压降低的现象。 根据公式：
式中：H 为井巷通风阻力，Pa；R 为井巷风阻，（N·s2)/m8；Q 为井巷风量，m3/s。
可见当通风网络改变、风压和风量都降低时，风阻可能是降低也可能是升高的。 3.1 影响角联分支（e8）风向分析
在矿井投产初期，角联巷道风向大部分时间由南井流向中央井，但在季节交替和早晚温差较大时易出现反向、微风，形成安全隐患。为此，通过对南井入风大巷
（e9）增阻，有效稳定了风向、将自然风压影响下的风量控制在安全区间内，满足通风风速、稀释有害气体和粉尘浓度的要求。
当实行南井区域性反风或全矿井反风时，由于南井入风大巷（e9）增阻原因造成角联分支（e8）风向发生改变[3-7]。 3.2 矿井瓦斯涌出分析
1）绝对瓦斯涌出量分析。为了观测反风期间风流中瓦斯变化情况，分别在进风井下设专人监测瓦斯浓度。实测随反风时间进行风流瓦斯浓度逐渐增大，达到峰值后基本保持一稳定数值，但均小于正常通风期间风井下风流瓦斯浓度[8]。计算了反风前后矿井绝对瓦斯涌出量（表3），反风后矿井绝对瓦斯涌出量也呈现明显减少，尤其是风排瓦斯量。
表3 反风前后矿井瓦斯涌出情况反风阶段反风前 反风后 瓦斯涌出量减少率风排瓦斯量/（m3·min-1）抽采瓦斯量/（m3·min-1）抽采率/%风排瓦斯量/（m3·min-1）抽采瓦斯量/（m3·min-1）抽采率/%总涌出量/% 风排瓦斯量/%南井单反联合反风中央单反22.23 37.57 62.8 10.42 2.77 8.22 37.57 37.57 37.57 78.3 93.1 82.0 19.7 32.5 23.4 53.1 87.5 63.0
2）瓦斯涌出来源分析。反风时间为矿井停产期，抽采系统正常运行，反风时矿井瓦斯涌出主要来源为采空区和井巷围岩涌出。
3）反风携带瓦斯分析。矿井反风期间风量和风压均减小，并且实施了采区进回风巷控制性短流，有效控制了反风流进入采区内部携带瓦斯量。通过表3可以看出，无论反风前还是反风后矿井瓦斯抽采量占矿井瓦斯涌出总量绝大部分，尤其是反风期间。故采空区和卸压瓦斯抽采起到了较大的减少风排瓦斯量的作用[9]。 3.3 矿井反风的适用性分析 矿井反风率计算式[10]：
式中：P 为矿井反风率，%；k 为反风时矿井瓦斯绝对涌出量的下降率，%；C0 为反风前矿井总回风流中的瓦斯浓度，%；C 为反风后矿井总回风流中的瓦斯浓度，%。
反风时，假设含瓦斯的总回风流折返，能够二次携带瓦斯源瓦斯，故反风后总回风流中的瓦斯浓度存在一定的叠加[11-12]。为保证灾变期，安全救灾的需要，C 值取最大为 2.00%。
1）实测数据下反风适用性分析。矿井实测生产期间总回风流中的瓦斯浓度为0.2%，本次实测反风时矿井瓦斯绝对涌出量的下降率为 0.675～0.803，计算得最小反风率为7.5%～8.92%。实测的矿井反风率和反风期间总回风流瓦斯浓度远高于计算的安全阈值，可以判定该煤矿实施矿井反风处置矿井入风段火灾具有可行性。但不同地点火灾适用区域性反风还是全矿性反风还需结合图1和表1进一步分析。由图1和表1可以看出，3 个阶段反风均能够实现进风井口和井筒完全风流反向，当该区域发生火灾可以实施反风。
2）不同区域反风范围分析。南井单翼开采、为刀式环形井底车场，中央井两翼开采、设卧式环形井底车场。反风实践也表明，当中央井井底车场发生火灾时，采取中央区域性反风时，灾害风流一部分将通过角联巷道进入南井区域，反风救灾不可行，但南井可行；采用全矿井反风具有可行性。主要进风巷和硐室火灾发生时，当发生在中央井区域应采用全矿井反风；由于角联巷道的存在及其维持稳定控风设施的构筑，南井变电所发生火灾，不能采用矿井反风措施。 4 结 语
1）反风演习对于矿井通风系统管理具有极其重要意义，既能检验应急响应，又可以实际考察出不同反风方式适用性，是应急救援的重要依据。
2）该煤矿实施灾害井单区域控制性短路反风处置进风井井口、井筒火灾是可行的。当中央井井底车场发生火灾时，仅能采取全矿井反风；当南井火灾发生时，可以采
取区域性反风。主要进风巷和硐室火灾发生时，仅适用于发生在中央井而采取全矿井反风。
3）主井装载硐室由清扫斜巷连接井底车场，在反风演习期间观测到了风向改变，但必须考虑火风压的影响，主井码头门必须设置双向风门，并且应有控制副井反风量的措施。
4）瓦斯抽采在正常生产期间是治理瓦斯的根本方法，在反风时期，起到较大控制瓦斯涌入风流中的作用。灾变时期保持抽采系统的稳定运行至关重要。
5）分区式多风井主要通风机联合运转的矿井，各井间联通的巷道均为角联巷道，因其存在增加了矿井反风的复杂性。可以通过设置双向反风风门实现灾变期的分割，灾变期反风前必须解放主要控制设施，酌情实施短路风流措施。如南井变电所发生火灾，可在南井下增阻拆除、中央系统主副井控风、中央系统尽可能短路风流、南井系统尽可能少短路风流后实施全矿井反风。
6）分区式多风井主要通风机全矿井反风时，根据该煤矿实际测算矿井的风量最小，风压虽降低但矿井风阻最大。联合运转风机以相同工作方式工作时，较风机一抽一压式存在一种联合运转风机间互相抵抗作用，使得风压增大。
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