回采工作面Y型通風(fēng)應(yīng)用效果分析

劉 敏

(汾西礦業(yè)通風(fēng)處，山西 介休 032300)

隨著礦井采深以及瓦斯涌出量增加，礦井瓦斯治理時單用單純風(fēng)排瓦斯方式難以確保井下生產(chǎn)安全[1～4]。具體煤礦生產(chǎn)中遇到的問題為[5～6]：采面上隅角瓦斯集聚、煤炭采出率底、高位瓦斯抽采巷及抽采鉆孔布置導(dǎo)致采掘接替緊張等。面對更為復(fù)雜的煤炭生產(chǎn)條件，礦井需要構(gòu)建與之對應(yīng)的瓦斯治理體系。文中以山西某礦6809采面為工程背景，對采面采用的Y型通風(fēng)方式應(yīng)用效果進(jìn)行分析，以期為其他礦井瓦斯治理提供一定借鑒。

1 礦井通風(fēng)概述

山西某瓦斯涌出量顯著增加，日益成為制約礦井生產(chǎn)安全的不利環(huán)節(jié)。為了確保井下生產(chǎn)安全，結(jié)合自身開采情況選擇適宜的通風(fēng)方式及瓦斯治理方式對確保煤炭生產(chǎn)效率的提升具有顯著的促進(jìn)意義。礦井在生產(chǎn)過程中根據(jù)井下實際需要，也構(gòu)建了與瓦斯治理相匹配的通風(fēng)方式，采面通風(fēng)注漿從傳統(tǒng)的U型通風(fēng)轉(zhuǎn)變成雙U型、U型+高位瓦斯抽放巷形式。

相對于傳統(tǒng)U型通風(fēng)方式，雙U型號及U型+高位瓦斯抽放巷雖然具備更強的通風(fēng)能力，但是采面上隅角瓦斯超限問題、巷道掘進(jìn)工程量過大問題以及煤炭采出率低等問題仍無法解決。

基于此，礦井為提升生產(chǎn)效率，并從根本上消除上隅角瓦斯集聚、超限等對回采工作面生產(chǎn)帶來的安全隱患，從改變采面回采巷道布置出發(fā)，采用沿空留巷方式將采面通風(fēng)方式改成Y型，具體見圖1所示。并針對沿空留巷圍巖變形嚴(yán)重、支護(hù)困難等問題，采用新型柔性混凝土模柱支護(hù)技術(shù)，并取得顯著應(yīng)用成果。

圖1 采面Y型通風(fēng)方式

2 Y型通風(fēng)方式分析

2.1 通風(fēng)技術(shù)原理

回采工作面端尾支護(hù)回撤后及時在液壓支架保護(hù)作用下將混凝土泵送至柔性模柱內(nèi)，從而在采面采空區(qū)與沿空留巷間砌筑連續(xù)、密閉的混凝土墻，結(jié)合巷道原有支護(hù)體系對沿空留巷巷道圍巖變形進(jìn)行控制，提升巷道圍巖穩(wěn)定性。同時構(gòu)筑的混凝土墻可以通過降低采面向采空區(qū)的漏風(fēng)量減小采空區(qū)瓦斯涌出量，從而在一定程度上防范采空區(qū)內(nèi)遺煤自燃。

將留設(shè)的沿空巷道作為采面回風(fēng)巷，從而在回采工作面內(nèi)構(gòu)建兩進(jìn)一回的Y型通風(fēng)方式，消除采面回風(fēng)巷上隅角。同時沿空留巷可以作為下一個臨近回采工作面的進(jìn)風(fēng)巷，降低巷道掘進(jìn)工程量。

2.2 Y型通風(fēng)方式瓦斯治理效果

采用混凝土砌筑模柱沿空留巷時，不需要留設(shè)護(hù)巷煤柱，不僅降低巷道掘進(jìn)工程量而且增加采面煤炭回收率。礦井以往采面采用U型、雙U型以及U+高抽巷方式時均無法根治上隅角瓦斯集聚問題，采用Y型通風(fēng)方式由于改變了采面采空區(qū)內(nèi)風(fēng)流方向，從而徹底解決回風(fēng)上隅角瓦斯集聚問題。同時由于采用新型柔性混凝土模柱支護(hù)技術(shù)，砌筑后的混凝土墻與巷道頂板接觸密實，可以起到較好的采空區(qū)密閉效果，采空區(qū)內(nèi)集聚的大量高濃度瓦斯可以通過埋管、布置傾斜鉆孔方式進(jìn)行抽采，具體Y型通風(fēng)方式采空區(qū)瓦斯抽采鉆孔布置見圖2所示。

圖2 Y型通風(fēng)方式采空區(qū)瓦斯抽采鉆孔布置示意圖

3 現(xiàn)場應(yīng)用分析

21308回采工作面位于21采區(qū)，開采的3號煤層埋深在360m，平均厚度6.24m瓦斯含量、壓力分別為6.72m3/t、0.56MPa，無突出危險性。21308采面設(shè)計斜長235m、推進(jìn)距離1980m，采面頂板、頂部巖層均為砂巖，較為堅硬，局部裂隙發(fā)育。為了提升煤炭采收率、降低瓦斯涌出對采面生產(chǎn)影響，礦井提出在該采面采用沿空留巷Y型通風(fēng)方式。

3.1 沿空留巷施工工藝

具體在21308回采工作面布置的沿空留巷施工工藝流程見圖3。通過在巷道內(nèi)采用切頂卸壓以及砌筑混凝土墻，實現(xiàn)對巷道頂板巖層有效控制。

圖3 沿空留巷施工工藝流程

3.2 采面Y型通風(fēng)方式

具體21308回采工作面采用沿空留巷后形成的Y型通風(fēng)方式見圖4，采面新鮮風(fēng)流從21308采面膠帶運輸巷以及進(jìn)風(fēng)巷進(jìn)風(fēng)，通過留巷將乏風(fēng)排放至21采區(qū)集中回風(fēng)巷內(nèi)。

圖4 21308采面Y型通風(fēng)線路示意圖

采面正常生產(chǎn)期間，21308膠帶運輸巷、進(jìn)風(fēng)巷進(jìn)風(fēng)量分別為1350m3/min、580m3/min，沿空留巷回風(fēng)量總計為1930 m3/min，回風(fēng)巷內(nèi)瓦斯?jié)舛缺３衷?.2%以內(nèi)，同時采面也不存在上隅角，有效降低采面瓦斯超限、聚集可能。

3.3 應(yīng)用效果分析

礦井在采用Y型通風(fēng)方式之前采用的均是通過留設(shè)25m護(hù)巷煤柱保護(hù)巷道，而采用Y型通風(fēng)方式后由于不需要留設(shè)護(hù)巷煤柱，預(yù)計開采煤柱帶來的經(jīng)濟(jì)效益就可達(dá)到1.1億元。同時臨近的回采工作面回采時減少一條巷道的掘進(jìn)，預(yù)計可以節(jié)省巷道掘進(jìn)及支護(hù)費用約1150萬元。對于整個礦井的煤炭采收率分析，煤炭采收率較采用以往的通風(fēng)方式增加約20%，巷道掘進(jìn)工作量降低約35%，每年可減少巷道掘進(jìn)工程量約15630m，直接創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益約2.256億元。

同時回采工作面采用Y型通風(fēng)方式后，采面上隅角瓦斯集聚、超限等問題得以根治，提升了采面安全生產(chǎn)保障能力，也在一定程度上提高采面推進(jìn)速度。采面采用Y型通風(fēng)方式后，回采工作面逃生路線由1條增加至2條，為采面出現(xiàn)災(zāi)變時人員安全撤離創(chuàng)造條件。

4 總結(jié)

1)采用Y型通風(fēng)方式可以徹底解決制約采面生產(chǎn)安全的上隅角瓦斯集聚以及超限問題，采面內(nèi)布置的各類機電設(shè)備、管道等均處于顯現(xiàn)風(fēng)流中，在回風(fēng)巷內(nèi)無電纜、管道以及軌道等，顯著提升了回采工作面開采安全性。

2)沿空留巷采用的柔性混凝土模柱支護(hù)技術(shù)澆筑出的混凝土墻具有較強的抗壓強度及密閉性，可以減少采空區(qū)內(nèi)瓦斯向回風(fēng)巷內(nèi)的涌出，同時降低采空區(qū)內(nèi)遺落煤自燃可能性。