18112綜采面通風(fēng)方式優(yōu)化研究及瓦斯治理措施

張 鵬

（山西焦煤集團西山煤電斜溝煤礦，山西 興縣 033602）

由于我國經(jīng)濟的快速發(fā)展離不開煤炭資源的持續(xù)供給，隨著社會的快速發(fā)展，煤炭需求量不斷增加，開采深度不斷加深，開采條件不斷惡化[1-2]。據(jù)相關(guān)資料顯示，我國有45%的煤炭資源賦存于厚煤層，在科學(xué)技術(shù)與采煤裝備的快速發(fā)展大背景下，我國厚煤層開采常常采用一次采全高綜采或綜放的開采工藝，其具有成本低、回采速度快等優(yōu)點。但綜采或綜放的開采工藝開采強度大，一次性采出煤炭資源多，造成工作面瓦斯涌出量大，尤其是采空區(qū)遺留煤炭較多，導(dǎo)致采空區(qū)瓦斯涌出量明顯增多，極易引起工作面上隅角瓦斯聚集，造成工作面瓦斯超限，影響工作面正常生產(chǎn)[3-5]。通風(fēng)方式優(yōu)化是治理綜采面上隅角瓦斯?jié)舛瘸薜闹匾夹g(shù)手段之一，目前常用到的通風(fēng)方式主要包括U型通風(fēng)、Y型通風(fēng)、U+L型通風(fēng)以及U+I型通風(fēng)。其中，U型通風(fēng)易造成上隅角瓦斯聚集，Y型通風(fēng)、U+L型通風(fēng)以及U+I型通風(fēng)均有助于治理綜采面上隅角瓦斯?jié)舛瘸轠6]。

1 工程背景

斜溝礦18112綜采面開采8#煤，位于+700 m水平11采區(qū)南翼，地面標(biāo)高1048～1226 m，工作面標(biāo)高923～1012 m。工作面位于11采區(qū)輔運上山南側(cè)，西部為18110采空區(qū)，東部靠近煤層露頭，南部為實煤區(qū)。工作面開采區(qū)域煤層賦存穩(wěn)定，煤層總厚為4.70～7.30 m，平均厚度為5.75 m。煤層直接頂為3.14 m厚的泥巖，深灰色，塊狀構(gòu)造；基本頂為10.64 m的細(xì)粒砂巖，灰白色，成分以石英、長石為主；直接底為2.22 m的細(xì)粒砂巖，灰黑-灰色，塊狀構(gòu)造，細(xì)粒結(jié)構(gòu)；基本底為3.56 m厚的中細(xì)粒砂巖，青灰-灰色，粒狀結(jié)構(gòu)。據(jù)勘探地質(zhì)報告，斜溝礦屬瓦斯礦井，礦井設(shè)計生產(chǎn)能力15 Mt/a，采用一井一面方式滿足生產(chǎn)需求。

斜溝礦18112綜采面布置長度180 m，走向推進(jìn)長度3 796.5 m，采用一次采全高綜采開采工藝，平均采高5.75 m，配風(fēng)2400 m3/min，工作面日產(chǎn)量16 300 t。其單產(chǎn)能力大、回風(fēng)巷斷面尺寸大等因素成為導(dǎo)致工作面上隅角瓦斯?jié)舛瘸薜年P(guān)鍵因素之一，制約礦井的正常安全生產(chǎn)。

2 綜采面通風(fēng)方式優(yōu)化研究

U+I型通風(fēng)是指通過在工作面頂板布置高位巷（瓦斯治理巷），采空區(qū)覆巖垮落后形成大量采動裂隙，鄰近煤巖層及采空區(qū)遺煤瓦斯通過采動裂隙從高位巷（瓦斯治理巷）涌出，可有效稀釋采空區(qū)瓦斯，從而降低綜采面上隅角瓦斯超限的幾率。

基于斜溝礦18112綜采面生產(chǎn)地質(zhì)條件，采用Fluent數(shù)值模擬軟件建立U型通風(fēng)和U+I型通風(fēng)采空區(qū)瓦斯運移計算模型（如圖1），工作面長度取180.0 m，進(jìn)（回）風(fēng)巷寬度5.0 m、高度3.0 m，瓦斯治理巷寬度5.0 m、高度3.0 m，采空區(qū)瓦斯涌出初始強度、衰減系數(shù)分別為0.03 m3/min、0.006 t-1。

圖2為進(jìn)風(fēng)巷風(fēng)速為3 m/s時工作面全壓與風(fēng)速分布曲線圖。如圖2所示，U+I型通風(fēng)導(dǎo)致工作面內(nèi)風(fēng)壓較高，如在工作面180 m位置（靠近回風(fēng)巷側(cè)），U+I型通風(fēng)全壓約-34 Pa，U+I型通風(fēng)全壓約-53 Pa，有利于降低采空區(qū)漏風(fēng)。同時，瓦斯治理巷的設(shè)置可將采空區(qū)漏風(fēng)位置集中在散熱帶區(qū)域，有利于采空區(qū)遺煤自燃的防治。

圖2 進(jìn)風(fēng)巷風(fēng)速為3 m/s時工作面全壓與風(fēng)速分布曲線

圖3和圖4分別為不同風(fēng)速下回風(fēng)巷瓦斯?jié)舛扰c推進(jìn)速度關(guān)系曲線、不同推進(jìn)速度下回風(fēng)巷瓦斯?jié)舛扰c風(fēng)速關(guān)系曲線。如圖所示，當(dāng)推進(jìn)速度相同時，U+I型通風(fēng)回風(fēng)巷瓦斯?jié)舛蕊@著小于U型通風(fēng)；當(dāng)推進(jìn)速度為3 m/d、進(jìn)風(fēng)巷風(fēng)速為3 m/s時，U+I型通風(fēng)回風(fēng)巷瓦斯?jié)舛?.01%，U型通風(fēng)回風(fēng)巷瓦斯?jié)舛?.02%，U+I型通風(fēng)回風(fēng)巷瓦斯?jié)舛葍H為U型通風(fēng)的一半。當(dāng)推進(jìn)速度增加，U+I型通風(fēng)回風(fēng)巷瓦斯?jié)舛染€性增大，U型通風(fēng)回風(fēng)巷瓦斯?jié)舛葴p幅增大。同時，當(dāng)進(jìn)風(fēng)巷風(fēng)速加大，U型通風(fēng)和U+I通風(fēng)回風(fēng)巷瓦斯?jié)舛染黠@減少。

圖3 不同風(fēng)速下回風(fēng)巷瓦斯?jié)舛扰c推進(jìn)速度關(guān)系曲線

圖4 不同推進(jìn)速度下回風(fēng)巷瓦斯?jié)舛扰c風(fēng)速關(guān)系曲線

3 綜采面瓦斯治理措施

綜采面通風(fēng)方式優(yōu)化研究表明，U+I型通風(fēng)方式可顯著改善綜采面上隅角瓦斯聚集問題，在此基礎(chǔ)上提出綜采面瓦斯治理措施，包括通風(fēng)方式優(yōu)化、上隅角設(shè)置多重風(fēng)幛以及噴霧裝置、降低工作面推進(jìn)速度等。

（1）通風(fēng)方式優(yōu)化

在18112綜采面布置高位巷（瓦斯治理巷），形成U+I型通風(fēng)，同時加大配風(fēng)量，采空區(qū)覆巖垮落后形成大量采動裂隙，鄰近煤巖層及采空區(qū)遺煤瓦斯通過采動裂隙從高位巷（瓦斯治理巷）涌出，可有效稀釋采空區(qū)瓦斯，從而降低綜采面上隅角瓦斯超限的幾率。

（2）上隅角設(shè)置多重風(fēng)幛以及噴霧裝置

18112綜采面上隅角設(shè)置多重風(fēng)幛以及噴霧裝置，多重風(fēng)幛可引導(dǎo)風(fēng)流稀釋上隅角瓦斯，降低噴霧裝置可降低采空區(qū)瓦斯涌出。

（3）降低采煤機割煤速度

18112綜采面平均采高5.75 m，工作面推進(jìn)速度是瓦斯涌出量大的主要因素之一。因此，在工作面推進(jìn)過程中，實時監(jiān)測工作面瓦斯?jié)舛?，及時調(diào)整工作面推進(jìn)速度，減少工作面煤體瓦斯涌出。

4 結(jié)論

以斜溝礦18112綜采面為工程背景，對比研究了U型通風(fēng)和U+I型通風(fēng)采空區(qū)瓦斯運移規(guī)律。研究表明，U+I型通風(fēng)全壓較大，有利于降低采空區(qū)漏風(fēng)和采空區(qū)遺煤自燃的防治。當(dāng)推進(jìn)速度相同時，U+I型通風(fēng)回風(fēng)巷瓦斯?jié)舛蕊@著小于U型通風(fēng)，而當(dāng)進(jìn)風(fēng)巷風(fēng)速加大時，U型通風(fēng)和U+I通風(fēng)回風(fēng)巷瓦斯?jié)舛染忻黠@減少?；诖?，提出通風(fēng)方式優(yōu)化、上隅角設(shè)置多重風(fēng)幛以及噴霧裝置、降低工作面推進(jìn)速度等綜采面瓦斯治理措施。