馬蘭礦62711綜采工作面切頂卸壓沿空留巷Y型通風(fēng)技術(shù)研究

常蘆鋒

(西山煤電集團(tuán)有限責(zé)任公司馬蘭礦，山西 太原 030205)

1 礦井概況

西山煤電馬蘭礦位于山西省古交市西南15 km，礦區(qū)南北長(zhǎng)約5.9 km，東西寬約6.3 km，礦井面積約32.8 km2，礦井設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力400萬(wàn)t。礦井煤層賦存穩(wěn)定，煤層厚度2.8 m～3.5 m，平均厚度3.2 m，煤層傾角12°～23°,平均傾角17.5°。62711綜采工作面位于馬蘭礦三采區(qū)，主要開(kāi)采8#煤層，因此，馬蘭礦在62711綜采工作面試用切頂卸壓沿空留巷無(wú)煤柱開(kāi)采技術(shù)。巷道正巷設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為935 m，切眼設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為230 m，巷道采用矩形斷面。巷道跟直接頂跟底掘進(jìn)，坡度4°～90°。

1.1 工作面地質(zhì)條件

62711工作面埋深215 m～416 m，煤層上覆巖層依次為0.6 m的炭質(zhì)泥巖、6.34 m的砂泥巖互疊層以及2.05 m的中粒砂巖,底板巖層為0.6 m的泥巖和10.37 m的中粒砂巖。

1.2 工作面瓦斯涌出量

62711工作面瓦斯絕對(duì)涌出量為10 m3/min，其中抽采量4 m3/min，風(fēng)排量為6 m3/min；煤層爆炸指數(shù)15.64%至18.2%；煤層自燃傾向性為Ⅱ不易自燃煤層。

1.3 礦井原通風(fēng)系統(tǒng)

62711綜采工作面原通風(fēng)系統(tǒng)即新鮮風(fēng)南大巷，南三采區(qū)軌道巷，62711副巷至62711綜采工作面。

乏風(fēng)：1) 62711工作面—62711正巷—回風(fēng)聯(lián)絡(luò)巷—南三區(qū)回風(fēng)巷—回風(fēng)井—地面；2) 62705副巷—62711正巷—回風(fēng)聯(lián)絡(luò)巷—南六區(qū)回風(fēng)巷—回風(fēng)井—地面。

當(dāng)前62711工作面為副巷、62705工作面副巷進(jìn)風(fēng)，62711工作面正巷回風(fēng)，62711工作面副巷實(shí)際進(jìn)風(fēng)量808 m3/min，62705工作面副巷沖洗風(fēng)量353 m3/min。

2 通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)

2.1 通風(fēng)系統(tǒng)的優(yōu)化

馬蘭礦通過(guò)在62711工作面正巷切頂卸壓留巷迎頭構(gòu)筑一道永久密閉；62705工作面副巷口構(gòu)筑兩道永久風(fēng)門(mén)；封閉62711工作面正巷回風(fēng)聯(lián)絡(luò)巷構(gòu)筑1道永久密閉；增加62711工作面正巷的調(diào)節(jié)風(fēng)窗，將過(guò)風(fēng)量控制在300 m3/min。

優(yōu)化后的通風(fēng)系統(tǒng)構(gòu)成為：62711工作面副巷，62711工作面正巷進(jìn)風(fēng)，62705工作面副巷回風(fēng)的“兩進(jìn)一回”通風(fēng)系統(tǒng)。

本工作面采用“兩進(jìn)一回”的“Y型”通風(fēng)方式(即工作面采用62711副巷和62711正巷進(jìn)風(fēng)，62705副巷回風(fēng))。礦井通風(fēng)系統(tǒng)示意圖如圖1所示。

圖1 礦井通風(fēng)系統(tǒng)示意圖

乏風(fēng)風(fēng)流：工作面/正巷→62711留巷→62705切眼→62705副巷→回風(fēng)聯(lián)絡(luò)巷→南翼上組煤回風(fēng)巷→回風(fēng)井→地面。

2.2 工作面風(fēng)量、風(fēng)速計(jì)算

通過(guò)對(duì)鄰近工作面回采及本工作面掘送期間瓦斯涌出量統(tǒng)計(jì),62711工作面瓦斯絕對(duì)涌出量4.8 m3/min；風(fēng)排瓦斯涌出量3.8 m3/min；抽采瓦斯量1 m3/min。

1) 按瓦斯涌出量公式計(jì)算[見(jiàn)式(1)]

Q=q采/c×KCH4=3.8/0.8%×1.7=807.5 m3/min

(1)

式中:Q為工作面需風(fēng)量，m3/min；q采為工作面風(fēng)排瓦斯涌出量，m3/min；C為回風(fēng)流中允許瓦斯?jié)舛?，?.8%；KCH4為回采工作面瓦斯涌出不均衡系數(shù)，取KCH4=1.7。

2) 按井下適宜的氣候條件計(jì)算[見(jiàn)式(2)]

Q=60×70%×V采×S采×K采高×K采面長(zhǎng)=60×70%×1.0×7.8×1.5×1.3=638.8 m3/min

(2)

式中：V采為采煤工作面的風(fēng)速，取1.0 m/s；S采為采煤面的平均有效斷面積，取S采=7.8 m2；K采高為采煤工作面采高調(diào)整系數(shù)，取K采高=1.5；K采面長(zhǎng)為采煤工作面長(zhǎng)度調(diào)整調(diào)整系數(shù)，取K采面長(zhǎng)=1.3；70%為有效通風(fēng)斷面系數(shù)；60為單位換算產(chǎn)生的系數(shù)；

3) 按工作面同時(shí)作業(yè)人數(shù)計(jì)算

按工作人數(shù)計(jì)算，見(jiàn)式(3)。

Q=4×N=4×60=240 m3/min

(3)

式中：Q為回采工作面實(shí)際需要風(fēng)量，m3/min；4為每人每分鐘不低于4 m3/min；N為工作面同時(shí)工作的最多人數(shù)，按60個(gè)人算。

4) 按耗炸藥用量計(jì)算：(工作面過(guò)構(gòu)造需打眼放炮時(shí))

根據(jù)AQ1056-2008《煤礦通風(fēng)能力核定標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定，按二、三級(jí)煤礦許用炸藥用量計(jì)算：Q≥10A。

礦井現(xiàn)使用三級(jí)乳化炸藥，按照AQ1056-2008標(biāo)準(zhǔn)中公式計(jì)算，見(jiàn)式(4)。

Q=10×A=10×10=100 m3/min

(4)

式中：A為一次爆破炸藥最大用量，10 kg；Q為回采工作面實(shí)際需要風(fēng)量，m3/min；10為每kg炸藥爆炸不低于10 m3的配風(fēng)量(二類(lèi)、三類(lèi)乳化炸藥)。

5) 62711正巷配風(fēng)計(jì)算

皮帶巷應(yīng)配風(fēng)量按適宜的氣候條件計(jì)算，見(jiàn)式(5)。

Q輔=60×V副×S副=60×0.5×11.76=352.8 m3/min

(5)

6) 確定工作面配風(fēng)量

根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果62711綜采工作面配風(fēng)量共需1160.3 m3/min。

2.3 風(fēng)速驗(yàn)算

1) 驗(yàn)算最小風(fēng)量[見(jiàn)式(6)、式(7)]

Qcf≥60×0.25Scb=60×0.25×8.47=127.05 m3/min

(6)

Scb=Icb×hcf×70%=5.26×2.3×70%=8.47 m2

(7)

2) 驗(yàn)算最大風(fēng)量[見(jiàn)式(8)、式(9)]

Qcf≤60×4.0Scs=60×4.0×7.18=1 723.2 m3/min

(8)

Scs=IVcs×hcf×70%=4.46×2.3×70%=7.18 m2

(9)

式中：Scb為采煤工作面最大控頂有效斷面積，8.47 m2；Icb為采煤工作面最大控頂距，5.26 m；hcf為采煤工作面實(shí)際采高，2.3 m；Scs為采煤工作面最小控頂有效斷面積，7.18 m2；Ics為采煤工作面最小控頂距，4.46 m；0.25為采煤工作面允許的最小風(fēng)速，m/s；70%為有效通風(fēng)斷面系數(shù)；60為單位換算產(chǎn)生的系數(shù)；4.0為采煤工作面允許的最大風(fēng)速，m/s。

通過(guò)公式計(jì)算得出：62711工作面計(jì)算風(fēng)量808 m3/min，正巷進(jìn)風(fēng)353 m3/min，回風(fēng)巷風(fēng)量1 161 m3/min，符合風(fēng)速驗(yàn)算要求。經(jīng)計(jì)算62711綜采工作面配風(fēng)量需1 161 m3/min，滿(mǎn)足煤礦安全生產(chǎn)規(guī)程的相關(guān)技術(shù)要求[1]。

2.4 風(fēng)量驗(yàn)算

62711綜采工作面預(yù)計(jì)最大絕對(duì)瓦斯涌出量在4.8 m3/min左右，其中風(fēng)排瓦斯量3.8 m3/min，抽采量1 m3/min，工作面配風(fēng)量為808 m3/min，則62711綜采工作面及回風(fēng)流中瓦斯?jié)舛茸畲笾禐?.8/808=0.47%，按工作面及回風(fēng)流中瓦斯?jié)舛炔淮笥?.8%符合要求[2]。

3 效果分析

62711綜采工作面由于采用切頂卸壓沿空留巷技術(shù)故不需要留設(shè)保護(hù)煤柱，解決采空區(qū)遺煤?jiǎn)栴}，有效降低采空區(qū)遺煤自燃隱患；同時(shí)，沿空留巷的充填體施工還解決了漏風(fēng)嚴(yán)重難題，此外62711工作面還設(shè)計(jì)安裝自燃發(fā)火束管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、阻化劑噴灑和注氮系統(tǒng)。針對(duì)充填體及少發(fā)生的漏風(fēng)、漏瓦斯情況，可使用注漿堵漏進(jìn)行解決，以達(dá)到預(yù)防自燃發(fā)火的目標(biāo)[3]。

4 結(jié)論

馬蘭礦62711綜采工作面通過(guò)采用切頂卸壓自動(dòng)成巷Y型通風(fēng)設(shè)計(jì)，有效解決了工作面上隅角的瓦斯集聚的安全隱患，體現(xiàn)出良好的瓦斯治理效果，大幅提升了綜采工作面通風(fēng)能力和安全生產(chǎn)可靠程度。從根本上解決了上隅角瓦斯積聚難題，由于兩巷進(jìn)風(fēng)為新鮮風(fēng)流，有效改善了綜采工作面的作業(yè)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)了礦井的安全高效開(kāi)采。