煤與瓦斯突出礦井回采工作面偏Y 型通風效果的影響因素分析

王敏

（山西煤炭運銷集團 陽泉有限公司，山西 陽泉 045000）

0 引 言

U 型通風與Y 型通風方式是煤與瓦斯突出礦井最常用的2 種通風方式。工作面U 型通風通常采用回風巷和瓦斯抽采巷雙巷布置，回采期間利用聯(lián)絡(luò)橫貫埋管進行采空區(qū)抽采，解決上隅角瓦斯，并且工作面回采完畢后受巷道動壓影響，瓦斯抽采巷需要進行二次維護，巷道維護成本較高，礦井采掘銜接緊張，面臨著采掘失調(diào)的情況。近年來隨著煤礦開采水平技術(shù)的提高，不少礦井回采工作面采用了沿空留巷技術(shù)，采用Y 型及偏Y 型通風方式可以少送一條巷道，能夠較好的緩解礦井銜接緊張的局面，得到了廣泛的應(yīng)用[1-12]。然而，對于采用Y 型及偏Y 型通風方式解決回采工作面上隅角瓦斯效果及其影響因素仍鮮有報道。

因此，本文以保安煤礦突出煤層15108 回采工作面進行了沿空留巷試驗，對偏Y 型“一進兩回”通風方式時工作面回風隅角瓦斯及抽采情況及其影響因素進行了分析。這一研究對于回采工作面沿空留巷通風方式合理布置具有指導(dǎo)意義。

1 工作面概況

保安煤礦為煤與瓦斯突出礦井，煤層瓦斯含量11.81 m3/t，回采工作面瓦斯涌出量平均為107 m3/min，采用沿空留巷試驗的工作面為15108 回采工作面，工作面走向長度1 100 m，傾向長160 m，平均厚3.87 m。15108 綜采工作面沿空留巷前，工作面采用U 型通風方式，工作面進風順槽配風量2 500 m3/min，回風順槽配風量2 300 m3/min，采空區(qū)配風量200 m3/min。15108 綜采工作面采用本煤層、鄰近層、采空區(qū)抽放方式。本煤層采用的是在工作面進、回風順槽施工瓦斯抽采鉆孔，鉆孔深度85 m，鉆孔間距3 m；鄰近層采用頂板走向高抽巷抽采鄰近層瓦斯；采空區(qū)利用15108 抽采巷與15108 回風順槽聯(lián)絡(luò)橫貫閉墻埋管抽采工作面采空區(qū)及上隅角瓦斯。

15108 綜采工作面目前已回采750 m，工作面推進至距停采線200 m 處開始試驗沿空留巷，對回風順槽進行了留巷，留巷寬度2.0 m，巷旁支護采用柔?；炷吝B續(xù)墻，支護寬度1500 mm，混凝土強度等級為C40。由于保安煤礦礦井埋藏深度為683 ～878 m，礦井水平應(yīng)力31 MPa，垂直應(yīng)力18 MPa，在進行試驗時考慮到沿空留巷處支護困難，留巷難度較大，選擇采用留半巷的方式，留巷寬度為2 m，沿空留巷施工方法如圖1 所示。工作面配風量為2 500 m3/min，如果采用“Y”型“兩進一回”通風方式，沿空留巷段的風速將超限，因此選擇偏“Y”型“一進兩回”的工作面通風方式。

圖1 沿空留巷施工方法平面Fig.1 Construction method plane of gob side entry

2 沿空留巷瓦斯治理技術(shù)方案

2.1 通風系統(tǒng)

采用沿空留巷時，15108 工作面通風系統(tǒng)調(diào)整為偏“Y”型“一進兩回”通風方式，即15108 進風順槽作為主要進風巷，15108 回風順槽作為主要回風巷，沿空留巷段作為輔助回風巷，風流經(jīng)聯(lián)絡(luò)橫貫流至15108 抽采巷。偏“Y”型“一進兩回”工作面通風系統(tǒng)示意如圖2 所示。

圖2 偏“Y”型“一進兩回”通風及抽采系統(tǒng)示意Fig.2 "Y"type"one-in-two-back"ventilation and extraction system

2.2 抽采系統(tǒng)

沿空留巷試驗期間，本煤層及鄰近層瓦斯抽采系統(tǒng)不變，采空區(qū)瓦斯抽采系統(tǒng)進行了調(diào)整。將低負壓采空區(qū)抽采系統(tǒng)調(diào)整為柔?；炷翂ι项A(yù)埋抽采管路進行抽采采空區(qū)瓦斯，保證工作面回采期間及沿空留巷施工過程中的待澆注空間及采空區(qū)瓦斯管理。沿空留巷試驗期間，取消聯(lián)絡(luò)橫貫閉墻埋管方案，將15108 抽采巷內(nèi)φ600 mm 瓦斯抽采管路通過聯(lián)絡(luò)橫貫新敷設(shè)φ600 mm 瓦斯抽采管路接入沿空留巷內(nèi)，沿空留巷敷設(shè)1 趟φ420 mm 瓦斯抽采管路，通過加裝三通與柔?；炷翂ι项A(yù)埋φ219 mm、φ600 mm 瓦斯抽采管連接，形成沿空留巷試驗期間采空區(qū)低負壓瓦斯抽采系統(tǒng)，每隔50 m 倒移一次系統(tǒng)。瓦斯抽采管路敷設(shè)如圖3所示。

2.3 瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)

試驗期間，在沿空留巷待澆筑區(qū)域、沿空留巷內(nèi)及沿空留巷回風流分別安裝了甲烷及一氧化碳傳感器，實現(xiàn)實時監(jiān)測沿空留巷內(nèi)瓦斯?jié)舛燃耙谎趸记闆r；并在采空區(qū)瓦斯抽采系統(tǒng)上安裝管道在線監(jiān)控系統(tǒng)，分別監(jiān)測瓦斯抽采管路中瓦斯?jié)舛?、流量、一氧化碳及溫度等情況，通過各組數(shù)據(jù)收集、分析，判定采空區(qū)內(nèi)瓦斯涌出量及有無發(fā)火跡象，防止因工作面沿空留巷試驗導(dǎo)致采空區(qū)自燃。

圖3 沿空留巷內(nèi)抽采管路敷設(shè)示意Fig.3 Laying of drainage pipeline in gob entry

3 “Y”型通風方式瓦斯治理效果分析

3.1 沿空留巷瓦斯變化情況

對沿空留巷期間回風順槽、留巷段、采空區(qū)的瓦斯?jié)舛群惋L量進行了統(tǒng)計，統(tǒng)計結(jié)果分別如圖4～圖6 所示。

圖4 沿空留巷期間瓦斯變化情況Fig.4 Changes of gas during gob retaining roadway

圖5 沿空留巷期間風量變化情況Fig. 5 Variation of air volume during gob-side entry retention

圖6 沿空留巷期間采空區(qū)瓦斯抽采情況Fig.6 Goaf gas extraction during goaf entry retention

從圖中可以看出，當沿空留巷長度為15 m 時，留巷段風量585 m3/min，回風順槽風量為1 705 m3/min，采空區(qū)瓦斯抽采量為210 m3/min，留巷段瓦斯?jié)舛葹?.48%，回風順槽瓦斯?jié)舛葹?.48%，采空區(qū)瓦斯抽采濃度為2.8%；當留巷長度為90 m時，留巷段瓦斯?jié)舛葹?.56%，留巷段風量540 m3/min，回風順槽風量為1 725 m3/min，采空區(qū)瓦斯抽采量為235 m3/min；當留巷長度為150 m 時，留巷段瓦斯?jié)舛葹?.64%，留巷段風量515 m3/min，采空區(qū)瓦斯抽采量為235 m3/min，回風順槽風量為1 750 m3/min；當留巷長度到180 m 以后，留巷段瓦斯?jié)舛确€(wěn)定在0.68%，留巷段風量508 m3/min，采空區(qū)瓦斯抽采量為235 m3/min，回風順槽風量穩(wěn)定在1 750 m3/min。此時工作面已推進至停采線，沿空留巷試驗結(jié)束。

3.2 沿空留巷影響因素分析

通過對試驗期間通風瓦斯數(shù)據(jù)進行分析發(fā)現(xiàn)，隨著沿空留巷長度的增加，留巷段瓦斯?jié)舛戎饾u上升，留巷段風量逐漸減少，回風順槽風量逐漸增加，并且在推進過程中為了降低沿空留巷處的瓦斯?jié)舛?，不斷調(diào)整采空區(qū)瓦斯抽采負壓，采空區(qū)瓦斯抽采量逐漸增大；當留巷長度達到90 m 時，此時采空區(qū)瓦斯抽采能力到最大值；此后隨著沿空留巷長度的增加，由于柔?；炷翂w受到水平及垂直應(yīng)力的影響，柔?；炷翂w間及墻體接頂處開始出現(xiàn)縫隙現(xiàn)象，受沿空留巷內(nèi)通風負壓影響造成采空區(qū)瓦斯涌出至留巷段，沿空留巷段通風斷面減小且回風線路不斷增長，沿空留巷內(nèi)通風阻力增大，造成回風順槽風量逐漸增加，沿空留巷內(nèi)回風量減少；推進至150 m 后，沿空留巷段及回風順槽風量基本穩(wěn)定；此后，隨著留巷長度的增加，沿空留巷段的瓦斯?jié)舛嚷杂猩仙⒅鸩椒€(wěn)定。

3.3 后期觀測效果

工作面達到停采線后，15108 綜采工作面進入末采階段后，沿空留巷仍保持正常抽采，但經(jīng)30 d沿空留巷回風流甲烷濃度由0.68%降至0.46%。9月24 日沿空留巷停止抽采，經(jīng)15 d 沿空留巷甲烷濃度由0.46%降至0.34%，最后穩(wěn)定于0.34% ～0.36%，且停止抽采后沿空留巷內(nèi)瓦斯無異?，F(xiàn)象。由于15109 回采工作面作為接替面開始進行初采，將采空區(qū)瓦斯抽采系統(tǒng)將倒移至15109 工作面，停止了15108 沿空留巷墻體抽采。沿空留巷段內(nèi)的瓦斯?jié)舛韧ㄟ^留巷閉墻處的裂隙涌向留巷段，留巷段內(nèi)瓦斯?jié)舛乳_始上升，穩(wěn)定在0.55%左右，此后對留巷段進行了永久封閉。

3.4 試驗結(jié)果總結(jié)及改進方向

（1） 沿空留巷試驗期間，沿空留巷內(nèi)風流瓦斯?jié)舛仁艹椴上到y(tǒng)影響較大，根據(jù)瓦斯變化情況，及時調(diào)整相應(yīng)位置墻體上預(yù)埋抽采管抽采負壓，可降低局部區(qū)域瓦斯問題。

（2） 隨著回采工作面的推進，沿空留巷段距離逐漸增加，因沿空留巷內(nèi)受礦壓影響，通風斷面減小且回風線路不斷增長，沿空留巷內(nèi)通風阻力增大，造成回風順槽內(nèi)回風量逐步增大，沿空留巷內(nèi)回風量逐步減少，此時有可能需要在回風順槽設(shè)置調(diào)風設(shè)施進行風量調(diào)節(jié)，從而增加沿空留巷內(nèi)回風量，但又不符合《防治煤與瓦斯突出細則》第三十一條規(guī)定[13]的要求，該問題還有待解決。

（3） 據(jù)瓦斯抽采系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析，沿空留巷距離短，瓦斯抽采系統(tǒng)能力可以滿足，但隨沿空留巷距離加長，墻體上預(yù)埋管路不斷增多，瓦斯抽采系統(tǒng)能力需隨之增大，因瓦斯抽采系統(tǒng)能力有限，不能有效抽采沿空留巷墻體預(yù)埋管路的瓦斯抽采，存在墻體間及接頂處向沿空留巷內(nèi)滲漏瓦斯，下一步需對礦井抽采能力進行提升。

（4） 下一步準備采用切頂護巷技術(shù)，對回風順槽進行聚能爆破切頂卸壓，降低礦山水平應(yīng)力對柔?；炷翂w的影響，減少采空區(qū)瓦斯通過墻體裂隙涌向沿空留巷段。

4 結(jié) 論

（1） 沿空留巷長度與沿空留巷回風流瓦斯?jié)舛瘸烧龋粝镩L度增加，瓦斯?jié)舛入S之加大，且受采空區(qū)抽采系統(tǒng)影響較大。

（2） 沿空留巷距離短時可有效利用抽采系統(tǒng)解決采空區(qū)向待澆筑空間涌出瓦斯問題，但沿空留巷距離如繼續(xù)增長，墻體預(yù)埋管路增多，將會出現(xiàn)因瓦斯抽采系統(tǒng)能力有限，不能有效抽采采空區(qū)內(nèi)瓦斯問題需對礦井抽采能力進行提升。