厚煤層綜采工作面通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化及瓦斯治理

郭隴飛

（山西潞安集團(tuán)左權(quán)阜生煤業(yè)有限公司，山西 晉中 032600）

1 工程概況

山西潞安集團(tuán)左權(quán)阜生煤業(yè)有限公司1103工作面以東為井田邊界，以西為一采區(qū)三條大巷，南部為1104 工作面，北部為1102 采空區(qū)。

1103 工作面走向長度150 m，傾斜長509 m，工作面開采煤層為15#煤層，平均厚度為6.5 m，局部褶皺處煤層厚度變化較大，可采系數(shù)100%，煤層結(jié)構(gòu)較簡單，含0～3 層夾矸。 工作面煤層最小傾角約4°，最大傾角約16°，平均傾角約8°。

1103 工作面采用U 型通風(fēng)系統(tǒng)，1103 運(yùn)輸順槽利用一采區(qū)軌道巷、一采區(qū)膠帶巷進(jìn)風(fēng)，工作面污風(fēng)從1103 回風(fēng)順槽回至一采區(qū)回風(fēng)巷。1103 工作面平均日產(chǎn)3 908 t，工作面絕對瓦斯涌出量相對瓦斯涌出量為6.42 m3/t，絕對瓦斯涌出量為17.42 m3/min；1103 工作面在前期回采過程中主要采用風(fēng)排方式進(jìn)行瓦斯治理，但是由于回風(fēng)隅角處易出現(xiàn)窩風(fēng)現(xiàn)象，導(dǎo)致回風(fēng)隅角瓦斯積聚現(xiàn)象嚴(yán)重。

2 通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化

2.1 系統(tǒng)優(yōu)化

由于傳統(tǒng)“U”型通風(fēng)系統(tǒng)采用一進(jìn)一回通風(fēng)方式，新鮮風(fēng)流利用風(fēng)壓作用進(jìn)入工作面，將工作面粉塵及有害氣體帶入回風(fēng)巷內(nèi)。 該通風(fēng)方式雖然可利用自然風(fēng)排作用排除工作面有害氣體，但是在采空區(qū)兩側(cè)風(fēng)壓差作用下[1]，造成工作面部分風(fēng)流進(jìn)入采空區(qū)，并將采空區(qū)內(nèi)有害氣體帶入工作面。同時，“U”通風(fēng)系統(tǒng)存在回風(fēng)隅角，風(fēng)排作用無法有效排除回風(fēng)隅角瓦斯，所以決定對原通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，采用兩進(jìn)一回的“U+L”型通風(fēng)方式。

優(yōu)化后的通風(fēng)系統(tǒng)將原1103 回風(fēng)順槽、運(yùn)輸順槽兼做進(jìn)風(fēng)巷，利用1103 回風(fēng)順槽鄰近的1104回風(fēng)順槽作為主回風(fēng)巷，在1104 回風(fēng)順槽與1103回風(fēng)順槽之間每隔50 m 設(shè)置一個通風(fēng)橫貫，橫貫施工完后進(jìn)行密閉處理，如圖1 所示；首先打開第一個通風(fēng)橫貫，工作面回風(fēng)流通過橫貫進(jìn)入1104回風(fēng)順槽內(nèi)，隨著橫貫進(jìn)入采空區(qū)后，對采空區(qū)進(jìn)行沿空留巷，當(dāng)留巷長度達(dá)50 m 后及時進(jìn)行封堵，并打開第二個通風(fēng)橫貫密閉，以此類推直至工作面回采結(jié)束。

圖1 1103 工作面通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化后平面布置

2.2 沿空留巷支護(hù)措施

為了提高沿空留巷頂板穩(wěn)定性，防止采空區(qū)有害氣體向沿空巷內(nèi)涌入，決定對沿空巷采取“錨索梁棚+柔模澆筑”聯(lián)合支護(hù)。

（1）錨索梁棚支護(hù)：沿空巷設(shè)計斷面寬×高為4.5 m×3.5 m，為了防止頂板垮落時造成沿空巷頂板破碎、冒漏現(xiàn)象，對沿空巷頂板采取錨索梁棚進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)，每架錨索梁棚由一根長度為4.2 m工字鋼梁和三根長度為6.3 m 恒阻錨索組成，錨索梁棚布置排距為1.0 m。

（2）柔模澆筑施工：為了對采空區(qū)有害氣體進(jìn)行隔絕，決定在沿空巷采空區(qū)側(cè)進(jìn)行柔模澆筑施工。 首先采用工字鋼梁、木板、金屬網(wǎng)、風(fēng)筒布等支設(shè)柔模盒子，柔模澆筑厚度為0.5 m，高度為3.5 m，采用混凝土進(jìn)行澆筑，澆筑后墻體厚度不低于0.5 m，澆筑后的墻體不僅能夠隔絕采空區(qū)有害氣體，而且可提高頂板穩(wěn)定性[2-4]。

3 工作面瓦斯綜合治理

通過現(xiàn)場觀察發(fā)現(xiàn)，1103 工作面前期回采過程中工作面瓦斯主要來自采空區(qū)內(nèi)裂隙帶瓦斯以及裂隙帶向煤層涌入的瓦斯，所以決定對工作面采取“高中位裂隙鉆孔+ 采空區(qū)埋管”綜合瓦斯治理技術(shù)。

3.1 煤層頂板裂隙帶中位鉆孔瓦斯抽采

1103 工作面回采過程中每隔100 m 在通風(fēng)橫貫內(nèi)布置一個中位鉆場，鉆場內(nèi)共計布置8 個中位鉆孔（1#、2#、3#...8#），鉆孔深度為50 m，直徑為75 mm。鉆孔共計分為兩層，其中1#～4#鉆孔仰角為30°，5#～8#鉆孔仰角為20°，鉆孔布置和終孔位置分別位于頂板上方20 m 和25 m 處，鉆孔延伸工作面內(nèi)長度為35～40 m，如圖2 所示。

圖2 1103 工作面瓦斯綜合治理施工平面

3.2 采空區(qū)裂隙帶高位鉆孔瓦斯抽采

（1）采空區(qū)高位裂隙鉆孔布置在1103 回風(fēng)順槽位于煤柱側(cè)巷幫上，高位鉆場布置間距為80 m，鉆場沿工作面頂板布置，鉆場規(guī)格長×高×深為4.0 m×3.5 m×3.0 m，鉆場內(nèi)支護(hù)與原回風(fēng)順槽支護(hù)設(shè)計相同。

（2）在位于工作面?zhèn)茹@場巷幫上布置四個高位鉆孔（1#、2#、3#、4#），鉆孔開口位置距底板間距為2.0 m，鉆孔開口間距為1.0 m，四個高位鉆孔深度為100 m，直徑為75 mm，鉆孔仰角為30°，鉆孔終孔位置位于采空區(qū)頂板往上40 m 處，其中1#鉆孔水平角為0°，2#鉆孔水平角為10°，3#鉆孔水平角為20°，4#鉆孔水平角為30°。

3.3 采空區(qū)埋管瓦斯抽采

（1）在通風(fēng)橫貫密閉墻上安裝兩根直徑為90 mm 抽采支管，第一趟管路距頂板間距為1.0 m，第二根鋼管距頂板間距為2.5 m，當(dāng)通風(fēng)橫貫進(jìn)入采空區(qū)后，及時對兩根支管安裝直徑為60 mm 抽采軟管，并將軟管埋入采空區(qū)內(nèi)[5]。

（2）通風(fēng)橫貫甩入采空區(qū)內(nèi)10 m 后開始對采空區(qū)進(jìn)行瓦斯抽采。 當(dāng)工作面回采至第二個通風(fēng)橫貫時及時拆除第一個橫貫內(nèi)抽采管路，并將其安裝至第二個橫貫內(nèi)，繼續(xù)對采空區(qū)瓦斯抽采，依次類推直至工作面回采結(jié)束。

3.4 實(shí)際應(yīng)用效果分析

通過對1103 工作面通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化以及采取綜合瓦斯抽采技術(shù)后，工作面在后期9 個月生產(chǎn)過程中，回風(fēng)隅角最高瓦斯?jié)舛葹?.55%，其中瓦斯?jié)舛仍?.3%～0.5%時間為52 d，瓦斯?jié)舛仍?.3%～0.4%范圍內(nèi)時間為122 d，瓦斯?jié)舛仍?.3%以下時間為96 d，回風(fēng)隅角平均瓦斯?jié)舛葹?.32%；通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化后加快了工作面回采速度，后期回采過程中平均產(chǎn)量為0.98 萬t/d。

4 結(jié)語

1）對1103 工作面通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化后，利用風(fēng)排作用可直接將工作面內(nèi)有害氣體排除，解決了U 型通風(fēng)系統(tǒng)存在回風(fēng)隅角易瓦斯積聚、 瓦斯治理難度大等技術(shù)難題，同時通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化后工作面頭尾順槽全部為進(jìn)風(fēng)巷，避免了在回風(fēng)流中安裝機(jī)電設(shè)備，存在瓦斯、粉塵等事故隱患的難題。

2）通過對工作面采取綜合瓦斯治理技術(shù)后，有效降低了采空區(qū)瓦斯向工作面涌出量，提高了采空區(qū)安全管理水平，將工作面瓦斯排放由原來的風(fēng)排方式改為以抽采為主、 風(fēng)排為輔的綜合瓦斯治理方式，提高了采面瓦斯治理效果。