小西煤礦綜采工作面通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化

李偉龍

(山西陽城陽泰集團(tuán)小西煤業(yè)有限公司，山西 晉城 048105)

1 工作面概述

山西陽城陽泰集團(tuán)小西煤業(yè)有限公司3105工作面設(shè)計(jì)走向長度為860 m，傾向長度為190 m，工作面開采3#煤層，平均厚度為4.0 m，煤層傾角為2°～6°，煤層視密度為1.46 t/m3。

3#煤層無偽頂，直接頂主要以細(xì)粒砂巖、砂質(zhì)泥巖，局部為粉砂質(zhì)泥巖、泥巖或泥質(zhì)粉砂巖為主，平均厚度為5.9 m，基本頂主要以灰色細(xì)粒砂巖、泥巖互層為主，平均厚度為7.45 m。

小西煤礦為煤與瓦斯突出礦井，回采區(qū)域內(nèi)瓦斯含量預(yù)測等值線15 m3/t～19 m3/t，絕對瓦斯涌出量預(yù)測等值線>25 m3/min,回采區(qū)域內(nèi)瓦斯壓力等量線在0.92 MPa～1.13 MPa；3105綜采工作面絕對瓦斯涌出量為9.50 m3/min，絕對二氧化碳涌出量為0.89 m3/min。

2 3105工作面通風(fēng)現(xiàn)狀

小西煤礦其它綜采工作面一直沿用U型通風(fēng)方式，但對于具有煤與瓦斯突出的3105工作面，在采用U型通風(fēng)方式，即3105膠帶進(jìn)風(fēng)順槽為進(jìn)風(fēng)巷，3105軌道回風(fēng)順槽為回風(fēng)巷，同時(shí)布置一條高抽巷，形成“U+I”型通風(fēng)方式，從而便于工作面瓦斯治理。但是通過實(shí)際應(yīng)用來看，傳統(tǒng)的“U+I”型通風(fēng)方式存在很多問題，主要表現(xiàn)在以下幾方面：

1) 巷道掘進(jìn)量大：采用“U+I”型通風(fēng)方式時(shí)需施工一條高抽巷，高抽巷施工長度為860 m，巷道斷面規(guī)格為寬×高=3.5 m×3.0 m；導(dǎo)致工作面巷道掘進(jìn)工程量大，增加了工作面掘進(jìn)成本費(fèi)用。

2) 通風(fēng)風(fēng)阻大：采用“U+I”型通風(fēng)方式時(shí)，工作面一條進(jìn)風(fēng)巷，兩條回風(fēng)巷，風(fēng)流進(jìn)入工作面后出現(xiàn)分流現(xiàn)象，分流后在兩條回風(fēng)巷內(nèi)風(fēng)壓降低，導(dǎo)致回風(fēng)流中風(fēng)阻加大，出現(xiàn)回風(fēng)不暢現(xiàn)象[1]。

3) 工作面漏風(fēng)量大：工作面在進(jìn)行U型通風(fēng)時(shí)，在風(fēng)壓作用下新鮮風(fēng)流從端頭支架間隙處流入采空區(qū)，導(dǎo)致采空區(qū)漏風(fēng)量大，出現(xiàn)工作面風(fēng)流不足現(xiàn)象，同時(shí)采空區(qū)漏風(fēng)造成采空區(qū)有害氣體如一氧化碳、瓦斯等向采空區(qū)涌出[2]。

4) 上隅角瓦斯超限：采用U型通風(fēng)時(shí)，在上隅角出現(xiàn)通風(fēng)不暢現(xiàn)象，導(dǎo)致上隅角瓦斯積聚現(xiàn)象，影響工作面安全高效回采。

3 W型通風(fēng)系統(tǒng)應(yīng)用

3.1 W型通風(fēng)系統(tǒng)可行性分析

綜采工作面在回采期間采空區(qū)內(nèi)瓦斯會形成三個(gè)賦存帶，分別為漏風(fēng)影響帶、瓦斯滯留帶以及壓實(shí)積聚帶；其中漏風(fēng)影響帶在工作面漏風(fēng)作用下會將采空區(qū)內(nèi)瓦斯帶入工作面，而瓦斯滯留帶、壓實(shí)積聚帶內(nèi)瓦斯相對穩(wěn)定，在不受老頂來壓影響下不會進(jìn)入工作面，所以漏風(fēng)影響帶范圍直接影響采空區(qū)瓦斯涌出量[3]。

采用W型通風(fēng)時(shí)工作面兩邊為進(jìn)風(fēng)巷、中部為回風(fēng)巷，相比U型通風(fēng)方式進(jìn)回風(fēng)壓差相對減小，從減小了工作面漏風(fēng)量，采空區(qū)內(nèi)漏風(fēng)影響帶范圍遠(yuǎn)小于U 型工作面，如第142頁圖1所示，所以W型通風(fēng)方式對高瓦斯或煤與瓦斯突出工作面瓦斯治理具有重要意義[4]。

圖1 綜采工作面通風(fēng)U型、W型通風(fēng)系統(tǒng)示意圖

3.2 W型通風(fēng)布置方式

1) 優(yōu)化后決定在工作面中部沿3#煤層底板掘進(jìn)一條回風(fēng)巷，巷道斷面規(guī)格為寬×高=3.0 m×3.5 m，巷道頂板采用鋼帶、錨桿、錨索進(jìn)行聯(lián)合支護(hù)，兩幫采用玻璃鋼錨桿進(jìn)行支護(hù)，回風(fēng)巷超前應(yīng)力區(qū)50 m范圍內(nèi)采用單體柱+π型頂梁加強(qiáng)支護(hù)，對于破碎區(qū)采用錨索吊棚聯(lián)合支護(hù)。

2) 采用W型通風(fēng)方式后取消原運(yùn)輸順槽、回風(fēng)順槽高位裂隙帶鉆場，改為在回風(fēng)巷內(nèi)布置高位鉆場，向采空區(qū)裂隙帶進(jìn)行瓦斯預(yù)抽。為了提高本煤層瓦斯抽采效率，在回風(fēng)巷兩幫分別向煤柱施工順層瓦斯抽放鉆孔，鉆孔深度為100 m，鉆孔布置距底板2.0 m處，鉆孔間距為10 m，鉆孔施工完后低鉆孔內(nèi)安裝瓦斯抽放管路，并與回風(fēng)巷內(nèi)主管路連接，通過布置在采區(qū)臨時(shí)瓦斯抽放泵站進(jìn)行工作面煤層瓦斯預(yù)抽。

3.3 W型通風(fēng)優(yōu)點(diǎn)及缺點(diǎn)

1) 工作面采用U型通風(fēng)方式時(shí)，在上隅角處負(fù)壓相對較低，造成上隅角通風(fēng)不暢現(xiàn)象，導(dǎo)致上隅角瓦斯超限；而采用W型通風(fēng)方式時(shí)，工作面順槽為進(jìn)風(fēng)巷，中部為回風(fēng)巷，從而避免了上隅角瓦斯積聚現(xiàn)象[5]。

2) 采用W型通風(fēng)時(shí)兩條進(jìn)風(fēng)巷風(fēng)量與U型通風(fēng)單通道進(jìn)風(fēng)量相比風(fēng)量相對較小，在配風(fēng)量相同的情況下W型通風(fēng)風(fēng)阻僅為U型通風(fēng)風(fēng)阻的27%；但通風(fēng)能力是U型通風(fēng)能力的2倍～3倍，對工作面排瓦斯效果相對較好。

3) 采用W型通風(fēng)時(shí)風(fēng)壓差較小，采空區(qū)漏風(fēng)量小，采空區(qū)內(nèi)漏風(fēng)影響帶長度不足U型通風(fēng)的1/2，從而降低了采空區(qū)內(nèi)有害氣體向工作面涌出量，工作面在設(shè)計(jì)時(shí)可適當(dāng)增加工作面長度，提高工作面產(chǎn)量。

4) W型通風(fēng)方式與“U+I”型通風(fēng)方式相比，由原來頂板巖巷掘進(jìn)改為煤巷掘進(jìn)，減少了巖巷掘進(jìn)工程量，縮短了巷道掘進(jìn)周期及支護(hù)成本費(fèi)用。

5) W型通風(fēng)方式在實(shí)際應(yīng)用中還存在一些不足，主要表現(xiàn)在以下幾方面：首先，采用W型通風(fēng)時(shí)工作面回采期間回風(fēng)巷壓力顯現(xiàn)嚴(yán)重，特別是超前應(yīng)力區(qū)，應(yīng)加強(qiáng)支護(hù)；其次，W型通風(fēng)時(shí)在回風(fēng)口出現(xiàn)風(fēng)流斡旋現(xiàn)象，采煤機(jī)割煤至回風(fēng)口粉塵濃度大，需對采煤機(jī)安裝導(dǎo)向風(fēng)障。

4 結(jié)語

山西陽城陽泰集團(tuán)小西煤業(yè)有限公司針對傳統(tǒng)綜采工作面U型通風(fēng)系統(tǒng)時(shí)出現(xiàn)上隅角瓦斯超限、采空區(qū)漏風(fēng)量大、瓦斯治理效果差等技術(shù)部難題，提出了W型通風(fēng)系統(tǒng)，通過在3105工作面實(shí)際應(yīng)用效果來看，采用W型通風(fēng)后避免了瓦斯積聚現(xiàn)象，降低了采空區(qū)瓦斯涌出量，保證了綜采工作面安全高效回采，取得了顯著應(yīng)用成效。