李文明

（山西焦煤集團投資有限公司，山西　太原　030021）

非常規(guī)通風系統(tǒng)采煤工作面的瓦斯綜合治理

李文明

（山西焦煤集團投資有限公司，山西太原030021）

摘要合理、穩(wěn)定、可靠的采煤工作面通風系統(tǒng)是煤礦安全生產(chǎn)的基礎保障。采煤工作面通風系統(tǒng)的選擇應在初步設計中明確，但由于地質(zhì)條件或相關規(guī)定，采煤工作面的通風系統(tǒng)需變更時要根據(jù)現(xiàn)場實際情況進行調(diào)整。以西山煤電集團鎮(zhèn)城底礦22606工作面為例，分析了22606工作面瓦斯涌出及通風系統(tǒng)的選擇，介紹了非常規(guī)通風系統(tǒng)工作面治理的輔助措施及治理效果。

關鍵詞非常規(guī)；通風；采煤工作面；瓦斯；治理

采煤工作面通風系統(tǒng)是礦井安全生產(chǎn)的基礎保障，合理、穩(wěn)定、可靠的通風系統(tǒng)是安全生產(chǎn)的前提，因此，合理選擇采煤工作面的通風系統(tǒng)尤為重要，各種類型的通風系統(tǒng)具有不同的適用條件，對瓦斯礦井U型通風系統(tǒng)具有結構簡單、巷道施工維修量小、工作面漏風小、風流穩(wěn)定易管理的特點，在遇地質(zhì)條件復雜、瓦斯涌出增大或采煤工作面巷道變更時，需要根據(jù)現(xiàn)場巷道布置情況選擇適宜的通風系統(tǒng)，才能有效控制采煤過程中瓦斯的涌出，保證采煤工作面的安全生產(chǎn)。

1　礦井概況

西山煤電集團公司鎮(zhèn)城底礦位于西山煤田西北隅，礦井井田南北長約5．6 km，東西寬約5．9 km，井田面積23．84 km2。1983年1月建礦，于1986年11月20日正式投產(chǎn)。礦井設計能力為150萬t／a，經(jīng)過對生產(chǎn)環(huán)節(jié)的改造，現(xiàn)核定生產(chǎn)能力為190萬t／a，礦井采用斜井、立井綜合開拓方式，目前開采2．3＃合并煤層、8＃煤層，鎮(zhèn)城底礦歷年被鑒定為瓦斯礦井，井下分4個采區(qū)。采煤方法為傾斜長壁后退式綜合機械化采煤，是一座現(xiàn)代化礦井。

22606工作面位于南六采區(qū)南翼，北為采區(qū)巷道，南西鄰礦界，北西、南東均為未采區(qū)。22606工作面所采煤層為2．3＃煤，煤層整體呈向斜構造形態(tài)，煤層穩(wěn)定，兩翼傾角為2°～11°，平均7°，煤層結構為1．79（0．45）0．44 m，結構較為復雜，厚度為2．38～2．95 m，平均2．68 m。煤質(zhì)為肥煤，容重1．37 t／m3，煤塵具有爆炸性，屬易自燃發(fā)火煤層。22606工作面頂板為灰色中砂巖，直接底為厚深灰色粉砂巖，老底為厚灰色粉砂巖。22606工作面采長252 m，走向長度2 215 m，工業(yè)儲量205萬t，推進長度2185 m，工作面采高2．3 m，可采儲量202萬t。

2　問題的提出

22606工作面是南六采區(qū)南翼的首采面，采區(qū)開拓送巷瓦斯涌出量呈增加趨勢，采煤工作面預計瓦斯涌出量為10．2 m3／min。22606工作面最初設計不采用“U型”、“W型”等常規(guī)的通風系統(tǒng)而采用公司傳統(tǒng)治理瓦斯的“U＋L”通風系統(tǒng)，即軌道巷進風，運輸巷、中間巷回風。巷道布置見圖1。22606工作面的3條順槽均采用錨網(wǎng)支護，巷道凈斷面為12．8 m2。工作面巷道掘進施工完成后，為貫徹《煤礦安全規(guī)程》的要求，須對采煤工作面的通風系統(tǒng)進行變更。

圖1　22606工作面巷道布置圖

3　22606工作面瓦斯涌出分析及通風系統(tǒng)選擇

22606工作面所在的南六采區(qū)瓦斯涌出相對較大，掘進送巷期間瓦斯絕對涌出量為1．0～1．6 m3／min。工作面周邊、上下鄰近煤層無采掘活動，圍巖為砂巖，煤層埋藏深，因此，煤層內(nèi)絕大部分瓦斯都吸附在煤體內(nèi)，難以釋放。22606工作面瓦斯來源有：工作面落煤涌出的瓦斯、工作面煤壁及順槽煤壁逸散的瓦斯、工作面采空區(qū)遺煤及上面的薄煤層釋放的瓦斯、本煤層的圍巖（圍巖、鄰近層、采區(qū)的煤柱）以及地質(zhì)構造的特殊地段涌出的瓦斯，在回采過程中均涌入回采工作面的生產(chǎn)空間。

圖2　三種通風系統(tǒng)工作面、采空區(qū)風流瓦斯流向圖

通風系統(tǒng)的選擇須根據(jù)采煤工作面的瓦斯涌出、采空區(qū)的漏風等因素進行考慮，主要通風機產(chǎn)生的負壓是作用于采煤工作面風流的動力，風流總是從風壓大處流向風壓小處。對于后退式采煤的工作面新鮮風流一部分沿采煤工作面的作業(yè)空間流動，一部分作為漏風進入采空區(qū)，工作面的風流及采空區(qū)大部分漏風最后匯合到工作面回風巷進入采區(qū)回風巷、主要回風巷經(jīng)風井排出地面，根據(jù)工作面巷道的布置情況，22606工作面的通風系統(tǒng)可采用一進兩回（軌道巷進風、運輸巷和中間巷回風）、兩進一回（軌道、運輸巷進風、中間巷回風或軌道巷、中間巷進風，皮帶巷回風）。三種通風系統(tǒng)的工作面、采空區(qū)風流見圖2，對三種通風系統(tǒng)分析比較如下：

1）一進兩回：采空區(qū)漏風擴散的跨徑大，采空區(qū)漏風帶出的瓦斯量也相應增大，工作面（中間巷與運輸巷段）處在采空區(qū)逸出的瓦斯范圍內(nèi)，導致中間巷回風的瓦斯?jié)舛葹?．54%，運輸巷回風的瓦斯?jié)舛葹?．56%，工作面（中間巷與運輸巷段）瓦斯?jié)舛仍?．8%～1．1%。

2）兩進一回（軌道巷、皮帶巷進風，中間巷回風）：由于采空區(qū)漏風擴散的跨徑較小，采空區(qū)漏風帶出的瓦斯量小，但皮帶巷運輸煤逸散的瓦斯隨風流進入工作面，增大了回風的瓦斯?jié)舛龋虚g巷回風的瓦斯?jié)舛冉?jīng)常在0．5%以上，中間巷正對的回風隅角由于工作面的采機、液壓支架的移動使通風阻力變化而導致中間巷回風隅角范圍無規(guī)律的移動變化，增加了瓦斯管理的難度。

3）兩進一回（軌道巷、中間巷進風，皮帶巷回風）：由于中間巷進風，降低了工作面軌道巷與中間巷兩點間的氣壓差，采空區(qū)漏風所攜帶的瓦斯得到有效的控制，也保證了中間巷進行瓦斯抽放等作業(yè)點處于新鮮風流中。避免了工作面（中間巷與運輸巷段）、中間巷的瓦斯?jié)舛却蠛椭虚g巷回風隅角范圍不穩(wěn)定的問題。

根據(jù)對上述通風系統(tǒng)對比分析及現(xiàn)場運行情況，采用軌道巷、中間巷進風，皮帶巷回風的兩進一回通風系統(tǒng)比較合理、可靠。

各通風系統(tǒng)的通風瓦斯情況見表1。

表1　22606采煤工作面三種通風方式的通風、瓦斯參數(shù)情況表

4　非常規(guī)通風系統(tǒng)工作面瓦斯治理的輔助措施

采用兩進一回非常規(guī)的通風系統(tǒng)能夠解決工作面及回風瓦斯?jié)舛雀吆统薜膯栴}，由于工作面風流、采空區(qū)漏風的因素，兩進一回與普通“U型”的通風系統(tǒng)均存在上隅角通風死角和瓦斯聚集的問題，是通風管理重點和難點，無法保證工作面高產(chǎn)高效，因此，必須采取有針對性的輔助措施來進行綜合治理．

4．1瓦斯分源抽放

在井下南六采區(qū)22606工作面附近設置抽放硐室，內(nèi)設2套瓦斯抽放系統(tǒng)，在中間巷布置瓦斯抽放管，高負壓小流量抽放系統(tǒng)采用2臺BJW44YJ水環(huán)式真空泵，電機功率為75 kW，采區(qū)、中間巷布置DN200抽放管。低負壓大流量系統(tǒng)采用2臺2BEC50型水環(huán)式真空泵，電機功率為260 kW，采區(qū)和中間巷布置DN250抽放管。2套抽放系統(tǒng)均配有高低瓦斯傳感器、斷電儀、供水傳感器、流量計及放水器等附屬設施。采用ZDY4000S型全液壓坑道鉆機施工孔徑為94 mm的鉆孔，用聚氨脂封孔，封孔長度為6 m。

4．2本煤層、高位鉆孔和低位鉆孔進行瓦斯抽放

本煤層鉆孔在中間巷向工作面（長端）施工，鉆孔孔深180 m，孔間距5 m；高位鉆孔在煤層頂板、中間巷兩煤幫開孔，終孔布置在采面頂板垂高35～40 m、水平距中間巷30～80 m范圍內(nèi)，在中間巷每50 m設置1個鉆場，每組5～6個鉆孔，孔深100～130 m，終孔水平間距20 m；低位鉆孔在中間巷在兩幫向采煤工作面頂板裂隙帶打平行孔，鉆場間距為9 m，每組3個鉆孔，孔深27 m，終孔位置在采煤工作面頂板冒落帶，以及高位鉆孔隨著采煤工作面的推進，鉆孔的有效終孔位置移至采空區(qū)的冒落帶內(nèi)形成的低位鉆孔。本煤層鉆孔和高位鉆孔的抽放特點均是抽放負壓高、流量小、瓦斯?jié)舛雀?，接入小流量高負壓系統(tǒng)中，抽放濃度在30%～50%，流量為14～20 m3／min。低位鉆孔是抽放負壓低、流量大、瓦斯?jié)舛鹊?，接入大流量低負壓系統(tǒng)中鉆孔的抽放濃度在3%～5%，流量為38～45 m3／min。

4．3減小采空區(qū)漏風

在工作面軌道、運輸巷的端頭切頂線后，隨工作面推進每5 m，用編織袋裝煤碴砌成墻垛，與頂、幫接實，噴灑聚氨脂，減小進、回風巷端頭的采空區(qū)漏風跨徑和漏風量，也能有效防止煤炭自燃發(fā)火。

4．4加強采區(qū)通風設施的管理

提高通風設施的施工質(zhì)量和風門聯(lián)鎖等標準化管理，縮短通風設施檢查、維護的周期，確保采區(qū)通風系統(tǒng)的可靠性、安全性和礦井的防災抗災能力。

5　效果分析

1）22606工作面采用非常規(guī)通風系統(tǒng)，回風巷的瓦斯?jié)舛饶芸刂圃?．40%以下，上隅角瓦斯?jié)舛瓤刂圃?．8%以下，有效解決了采煤工作面的瓦斯問題，工作面原煤日產(chǎn)達4 200 t，生產(chǎn)效率也得到提高。

2）提高了煤炭資源回收率，將原設計中皮帶巷與中間巷間不可回收的煤柱完全回收，增加了近36萬t產(chǎn)量。

3）采煤工作面采用多巷道通風，降低了通風風阻和通風費用，提高了礦井的通風能力。

6　結束語

1）兩進一回非常規(guī)通風系統(tǒng)為礦井超長、需中途變更的采煤工作面通風系統(tǒng)的選擇，提供了一種新的思路和借鑒的經(jīng)驗。

2）加強抽放系統(tǒng)的管理。嚴密監(jiān)測高位鉆孔隨工作面推進，鉆孔的終孔位置、抽放濃度的變化，發(fā)現(xiàn)抽放濃度降低流量增大時須立即將鉆孔改接到大流量低負壓的系統(tǒng)中，確保抽放瓦斯的效果。進一步推廣地面永久瓦斯抽放系統(tǒng)、分源抽放的方法，確保礦井生產(chǎn)過程的抽放效果及穩(wěn)定運行。

3）改進抽放、封孔工藝。大力推廣大直徑鉆孔、抽放管路，降低抽放系統(tǒng)的工作阻力，提高抽放鉆孔的封孔質(zhì)量，避免由漏氣造成的鉆孔報廢，以提高瓦斯抽放效果。

4）合理安排礦井采、掘、抽生產(chǎn)銜接，必須充分考慮通風系統(tǒng)和瓦斯的預抽，把采面的預抽和鉆孔施工安排在采煤工作面?zhèn)溆闷陂g，避免采煤工作面生產(chǎn)與中間巷道內(nèi)鉆孔施工等平行作業(yè)，不僅能提高瓦斯抽放效果，也能利用本煤層的鉆孔進行煤體注水，提高鉆孔的利用率。降低通風瓦斯管理難度，提高采煤工作面生產(chǎn)安全系數(shù)。

5）預測瓦斯絕對涌出量大于3 m3／min的采煤工作面，須結合抽放的方法解決采煤工作面瓦斯問題。

參考文獻

［1］吳中立．礦井通風與安全［M］．徐州：中國礦業(yè)大學出版社，1992：7－8．

［2］張國樞．通風安全學［M］．徐州：中國礦業(yè)大學出版社，2000：133－150．

［3］何國益．礦井瓦斯治理實用技術［M］．北京：煤炭工業(yè)出版社，2011：50－52．

The Gas Integrate Govern of Unconventional Ventilation System in Coal Mining Face

中圖分類號：TD712

文獻標識碼：B

文章編號：1672－0652（2014）01－0010－04

收稿日期：2013－11－06

作者簡介：李文明（1972—），男，山西左云人，1996年畢業(yè)于山東礦業(yè)學院，工程師，主要從事煤礦通風管理工作（E－mail）498528678＠qq．com

Li Wen－ming

AbstractReasonable，stable and reliable ventilation system is the basis of coalface safety．So the selection of ventilation system must be clear in preliminary design，but due to geological conditions or related provides，it should be adjusted according to the actual situation．Takes 22606 coalface of Xishan coal and electricity group Zhenchengdi coal mine for example，analyzes the selection of ventilation system and gas emission situation in 22606 face，introduces the auxiliary measure of unconventional ventilation system for gas and governance effect．

Key wordsUnconventional；Ventilation；Coal mining face；Gas；Govern