[发明专利]基于正压通风系统的火区下近距离煤层开采通风方法

摘要

本发明公开一种基于正压通风系统的火区下近距离煤层开采通风方法，该方法是基于正压通风系统建立的，首先在判断采煤工作面与上部火区连通性的基础上，明确上部火区有害气体存在异常涌入工作面的危险性，然后确定工作面压能最低区域即回风隅角处的安全压力范围，进而通过采煤工作面的通风参数测定和能量守恒定律确定采煤工作面回风隅角至回风风窗段的风阻，最终计算得出采煤工作面正压系统回风风窗的压差安全调节区间，然后以回风风窗的压差安全调节区间为依据，结合自动控制技术实现在采煤工作面回风风窗前后压差发生变化和上部采空区大面积顶板垮落引发气压突变时的回风风窗实时自动调节控制和报警器报警，最终保障采煤工作面的安全开采。

主权项

1.一种基于正压通风系统的火区下近距离煤层开采通风方法，特征在于其包括以下步骤：（1）判断采煤工作面与上部火区连通性；根据冒落带、裂隙带计算公式，计算得出近距离煤层采煤工作面冒落带高度H₁、裂隙带高度H₂，进而得出近距离煤层采煤工作面裂隙带数值范围为H₁~H₂，测出近距离煤层采煤工作面与上部采空区间距为H₃；当数值H₃位于裂隙带数值范围H₁~H₂之外时，说明采煤工作面与上部火区不具备连通关系，上部火区的有毒有害气体不具备涌入采煤工作面的通道条件；当数值H₃位于裂隙带数值范围H₁~H₂之内时，说明采煤工作面与上部火区具备连通关系，上部火区的有毒有害气体存在涌入采煤工作面的可能性；（2）在满足（1）中所述的采煤工作面与上部火区具备连通关系的情况下，确定采煤工作面回风隅角处气体压力的安全范围；回风隅角作为采煤工作面压能最低的区域，若要保证上部火区有害气体无法涌入工作面，只需确保有害气体无法涌入工作面回风隅角，同时也需防止采煤工作面会有漏风通过回风隅角进入上部采空区，加剧上部火区的发展；综合以上情况，在采空区未发生大面积顶板垮落时，采煤工作面回风隅角处气体压力P_隅角的安全区间为(P₀+ρgh,P₀+2ρgh)；其中：p₀——上部采空区的气体压力，Pa；      ρ——矿井当地空气密度，kg/m³；      g——重力加速度，N/kg；      h——近距离煤层间距，m；（3）计算工作面回风隅角至回风风窗的风阻；对工作面通风系统通风参数进行测定，并根据下式计算工作面回风隅角至回风风窗段的巷道风阻；其中：R₁₂——回风隅角至回风风窗段的巷道风阻，kg/m⁷；      P_隅角——工作面回风隅角处气体压力，Pa；      P₂——回风风窗前的气体静压，Pa；      v₁、v₂分别为回风隅角、回风风窗前的风速，m/s；      ρ₁、ρ₂分别为回风隅角、回风风窗前的风流密度，kg/m³；      z₁、z₂分别为回风隅角、回风风窗前的标高，m；      Q——采煤工作面风量，m³/s；（4）计算采煤工作面正压通风系统中回风风窗的压差安全调节区间；为保证采煤工作面回采的绝对安全，考虑40%的富裕系数，将回风隅角与上部采空区的压力平衡面控制在区间即回风隅角处的气体压力需满足：结合式（1）与式（2）即可得出，在上部采空区未发生大面积顶板垮落时，采煤工作面正压通风系统中回风风窗前后压差的安全调节区间为：其中：P_回风——回风风窗后的气体静压，Pa；      ΔP——回风风窗前与回风风窗后的气体静压差；（5）安设气压传感器与报警装置；在采煤工作面回风风窗处安设第一气压传感器，第一气压传感器监测回风风窗前后压差的变化情况；在采煤工作面进回风顺槽中安设第二气压传感器，第二气压传感器监测上部采空区的气压突变情况；第一气压传感器与第二气压传感器均与数据采集装置连接，数据采集装置与自动控制单元连接，自动控制单元分别与回风风窗、报警装置连接；依据步骤（4）中计算得出的回风风窗压差安全调节区间值，在自动控制单元中设定风窗自动调节程序，当上部采空区未出现大面积顶板垮落时，自动控制单元根据第一气压传感器所测回风风窗前后压差值的变化，实时调节回风风窗，使回风风窗前后压差值始终位于安全调节区间；另外，在控制单元中设定报警值，当上部采空区出现大面积顶板垮落时，第二气压传感器监测到压力突变值超过预先设定的报警值，报警装置报警，工作面作业人员撤出，回风风窗关闭，待压力突变值降低到正常值时，回风风窗调节至正常状态。