楊 康

（山西焦煤霍州煤電店坪煤礦，山西呂梁 033102）

隨著煤礦開(kāi)采水平不斷增大，礦井開(kāi)拓延伸礦井地應(yīng)力增高，工作面瓦斯治理技術(shù)難題日益凸顯，嚴(yán)重制約著綜采工作面安全高效回采；目前綜采工作面常用“U”型通風(fēng)系統(tǒng)或“U+高抽巷”型通風(fēng)系統(tǒng)，但是普遍存在上隅角瓦斯積聚、瓦斯治理難度大等難題，為達(dá)到預(yù)期瓦斯治理效果，先后對(duì)工作面采取氣相壓裂增透、順煤層瓦斯鉆孔抽采。采空區(qū)埋管抽采以及高位鉆孔抽采等，但是仍存在很多問(wèn)題，無(wú)法從根本上解決工作面瓦斯涌出量大、通風(fēng)風(fēng)阻大等技術(shù)難題，本文以店坪煤礦204工作面為研究對(duì)象，對(duì)工作面通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，提出了“W”型通風(fēng)系統(tǒng)。

1 概述

店坪煤礦204工作面位于830水平二采區(qū)左翼，工作面最高標(biāo)高930m,工作面最低標(biāo)高828m，工作面東為井田邊界，西為830系統(tǒng)大巷，南為9-206工作面，北與9-202工作面相鄰（已回采）。

204 工作面工作面順槽長(zhǎng)度為1173m，切巷長(zhǎng)為247m，回采煤層為9#層，平均厚度為2.8m，平均傾角為4°，瓦斯絕對(duì)涌出量4.23m3/min，相對(duì)涌出量為0.85m3/t。煤塵具有爆炸危險(xiǎn)性，爆炸指數(shù)為19.79%，煤層屬于Ⅱ級(jí)自燃煤層，自然發(fā)火期為80d。

204 工作面初步設(shè)計(jì)采用“U”型通風(fēng)系統(tǒng)，但是根據(jù)202工作面實(shí)際應(yīng)用效果來(lái)看，“U”型通風(fēng)系統(tǒng)很容易造成上隅角瓦斯積聚，且工作面漏風(fēng)系數(shù)高，采空區(qū)有害氣體涌出量大，不利于工作面瓦斯治理及安全高效回采，所以決定對(duì)店坪煤礦204工作面通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，采用“W”型通風(fēng)系統(tǒng)，

2 工作面通風(fēng)現(xiàn)狀及問(wèn)題分析

2.1 “U”型通風(fēng)現(xiàn)狀

204工作面北部為202工作面，工作面設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為1210m，切巷長(zhǎng)度為235m，工作面采用“U”型通風(fēng)系統(tǒng)，202工作面與204工作面設(shè)計(jì)長(zhǎng)度基本一致，且回采煤層、回采工藝、瓦斯賦存、采空區(qū)管理等相同，所以可將202工作面作為對(duì)比分析對(duì)象。

根據(jù)202 工作面回采現(xiàn)狀來(lái)看，工作面回采至120m 處時(shí)初次來(lái)壓，來(lái)壓期間應(yīng)力顯現(xiàn)現(xiàn)象嚴(yán)重，工作面支架工作阻力大，回采速度慢且煤層破碎，造成工作面及上隅角處瓦斯?jié)舛雀撸瑢?shí)測(cè)上隅角最大瓦斯?jié)舛葹?.4%,回風(fēng)流中最大瓦斯?jié)舛葹?.4%；初次來(lái)壓后工作面正?；夭蓵r(shí)上隅角及回風(fēng)流中瓦斯?jié)舛认鄬?duì)降低，但是上隅角平均瓦斯?jié)舛葹?.2%,回風(fēng)流中平均瓦斯?jié)舛葹?.7%。工作面漏風(fēng)量達(dá)8%。

2.2 “U”型通風(fēng)系統(tǒng)主要存在問(wèn)題

（1）上隅角瓦斯治理難度大：“U”型通風(fēng)系統(tǒng)工作面位于尾端存在上隅角，工作面正常通風(fēng)時(shí)在上隅角處出現(xiàn)窩風(fēng)現(xiàn)象，無(wú)法將上隅角處瓦斯直接排除，導(dǎo)致上隅角瓦斯處于積聚狀態(tài)，且上隅角瓦斯治理難度大。

（2）漏風(fēng)量大：采用“U”型通風(fēng)系統(tǒng)時(shí)204 運(yùn)輸順槽（2041 巷）為進(jìn)風(fēng)巷，風(fēng)流經(jīng)過(guò)上端頭時(shí)部分風(fēng)量在采空區(qū)負(fù)壓作用下沿端頭以及架間間隙進(jìn)入采空區(qū)內(nèi)，造成工作面設(shè)計(jì)配風(fēng)量減小，且風(fēng)阻增大。

采空區(qū)瓦斯涌出量大：“U”型通風(fēng)系統(tǒng)綜采工作面采空區(qū)架后150m 范圍內(nèi)瓦斯積聚及賦存狀態(tài)可分為三帶，分別為漏風(fēng)影響帶、瓦斯滯留帶以及瓦斯壓實(shí)積聚帶；漏風(fēng)影響帶位于架后50～70m 范圍內(nèi)，瓦斯滯留帶位于架后70～120m 范圍內(nèi)，瓦斯積聚壓實(shí)帶位于架后120m后；工作面端頭及架間漏風(fēng)將采空區(qū)漏風(fēng)影響帶內(nèi)瓦斯帶處，攜帶瓦斯?jié)舛仍?%～5%左右；而采空區(qū)瓦斯滯留帶和瓦斯壓實(shí)積聚帶內(nèi)瓦斯受漏風(fēng)影響小，風(fēng)流帶處瓦斯量少，所以采空區(qū)漏風(fēng)影響帶瓦斯是采空區(qū)瓦斯主要來(lái)源，漏風(fēng)影響帶寬窄度直接影響著瓦斯涌出量。

3 “W”型通風(fēng)系統(tǒng)應(yīng)用

3.1 “W”型通風(fēng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

204工作面采用“W”型通風(fēng)系統(tǒng)后實(shí)現(xiàn)與206工作面為無(wú)煤柱工作面，即工作面回采過(guò)程中采用“兩進(jìn)一回”的通風(fēng)方式，2041巷、2061巷為進(jìn)風(fēng)巷，2042巷（沿空留巷）為總回風(fēng)巷，如圖1 所示；先回采204 工作面，206 工作面為備采工作面，204 工作面回采時(shí)新鮮風(fēng)流沿2041 巷進(jìn)入工作面將污風(fēng)帶入2042 巷內(nèi)，由于206工作面為備采工作面，保證正常通風(fēng)即可，風(fēng)流從2061巷進(jìn)入206工作面然后沿沿空留巷進(jìn)入2042巷內(nèi)。

3.2 工作面配風(fēng)量

204工作面回采期間所需風(fēng)量按Q采=60×70%×V采×S采×K采高×K采面長(zhǎng)公式進(jìn)行計(jì)算，其中V采為204采煤工作面的風(fēng)速，按采煤工作面進(jìn)風(fēng)流的溫度選取，采煤工作面溫度＜20℃，故選取1.0m/s；S采為204采煤工作面的平均有效斷面積，按最大和最小控頂有效斷面的平均值計(jì)算。工作面最大空頂距為5.285m，最小控頂距4.485m，可計(jì)算出平均控頂距4.885m。工作面實(shí)際采高3.1m，所以斷面為4.885×3.1=15.14（m3）；K采高為204采煤工作面采高調(diào)整系數(shù)，工作面采高3.1m，選取系數(shù)為1.2；K采面長(zhǎng)為204 采煤工作面長(zhǎng)度調(diào)整系數(shù)，工作面長(zhǎng)度為247m，根據(jù)山西焦煤集團(tuán)有限責(zé)任公司礦井配風(fēng)、風(fēng)量計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)，回采工作面長(zhǎng)度大于180m時(shí)，選取系數(shù)為1.30～1.40，此處選取系數(shù)為1.40；所以通過(guò)計(jì)算Q采=60×70%×1.0×15.14×1.2×1.4=1068（m3/min）。

3.3 沿空留巷設(shè)計(jì)

為了保證沿空留巷施工安全，需對(duì)留巷段采取維護(hù)控制措施，所以決定對(duì)204 工作面超前進(jìn)行切頂卸壓，對(duì)留巷段頂板采取安裝擋矸裝置。

3.3.1 切頂卸壓施工

（1）切頂卸壓施工目的主要使頂板超前預(yù)裂，確保頂板進(jìn)入采空區(qū)后沿預(yù)裂方向全部垮落，從而避免頂板垮落時(shí)造成留巷段頂板出現(xiàn)破碎、垮落現(xiàn)象；切頂卸壓布置在204 巷內(nèi)，沿巷道走向布置，預(yù)裂孔深為8.0m，直徑為75mm，鉆孔布置間距為3.0m。

（2）預(yù)裂孔施工完后對(duì)鉆孔內(nèi)安裝聚能管，對(duì)聚能管內(nèi)安裝礦用乳化炸藥以及毫秒延期電雷管，采用正向裝藥方式，單孔裝藥量為3kg，雷管腳線采用串聯(lián)連接方式。

（3）主要完成后依次進(jìn)行爆破預(yù)裂，爆破預(yù)裂范圍控制在工作面30m 范圍內(nèi)，每次爆破預(yù)裂孔數(shù)量不超過(guò)3個(gè)。

3.3.2 安裝擋矸裝置

（1）為了對(duì)采空區(qū)矸石起到阻擋作用需在沿空巷位于采空區(qū)側(cè)安裝擋矸裝置，擋矸裝置采用U29 型可伸縮型鋼棚，鋼棚頂梁長(zhǎng)度為0.5m為工字鋼梁，棚腿長(zhǎng)度為3.1m，鋼棚支設(shè)后成“T”型結(jié)構(gòu)。

（2）擋矸裝置安裝間距為0.5m，裝置安裝后相鄰裝置之間采用三組防倒拉桿連接，擋矸裝置支設(shè)在切頂線0.3m 處；擋矸裝置支設(shè)完成后在擋矸裝置表面安裝風(fēng)筒布、金屬護(hù)網(wǎng)，并對(duì)護(hù)網(wǎng)表層進(jìn)行噴漿覆蓋處理。

（3）為了提高沿空巷切頂線處頂板整體穩(wěn)定性，在距擋矸裝置0.5m和1.5m處施工兩排邁步式錨索吊棚，吊棚沿巷道走向進(jìn)行布置。

2042沿空留巷支護(hù)如圖2所示。

圖2 2042沿空留巷支護(hù)示意圖

4 結(jié)語(yǔ)

（1）采用傳統(tǒng)“U”型通風(fēng)系統(tǒng)時(shí)上隅角處于窩風(fēng)區(qū)和工作面負(fù)壓區(qū)內(nèi)，造成上隅角瓦斯排除難度大，且采空區(qū)內(nèi)瓦斯在負(fù)壓作用下進(jìn)入采空區(qū)，致使上隅角瓦斯積聚超限現(xiàn)象；而采用“W”型通風(fēng)系統(tǒng)后在上下進(jìn)風(fēng)流流場(chǎng)疊加的情況下消除了上隅角，解決了上隅角瓦斯積聚現(xiàn)象，204工作面在后期回采過(guò)程中回風(fēng)流中瓦斯?jié)舛瓤刂圃?.9%以下。

（2）采用“U”型通風(fēng)系統(tǒng)時(shí)為單通道供風(fēng)方式，巷道內(nèi)配風(fēng)量大、風(fēng)速高，造成風(fēng)阻大，而采用“W”型通風(fēng)系統(tǒng)時(shí)采用雙通道供風(fēng)方式，巷道供風(fēng)風(fēng)量小、風(fēng)速低，通風(fēng)阻力小，通過(guò)計(jì)算“W”型通風(fēng)風(fēng)阻僅為“U”型通風(fēng)風(fēng)阻的25%～30%。

（3）采用“W”型通風(fēng)系統(tǒng)時(shí)工作面兩側(cè)為進(jìn)風(fēng)巷，兩側(cè)風(fēng)壓差相比“U”型通風(fēng)系統(tǒng)要小，采空區(qū)漏風(fēng)量小，且采空區(qū)漏風(fēng)影響帶寬度小于“U”型通風(fēng)工作面，減少了采空區(qū)瓦斯涌出量，便于采空區(qū)瓦斯治理。

（4）采用“W”型通風(fēng)系統(tǒng)時(shí)2042巷作為沿空留巷，204 工作面回采后可繼續(xù)用于206工作面回風(fēng)，兩個(gè)工作面由原來(lái)“U”型通風(fēng)系統(tǒng)4條巷道，減少為3條巷道，減少巷道掘進(jìn)工程量1800m，成本費(fèi)用減少了900 余萬(wàn)元。