沿空留巷工作面通風(fēng)安全及可靠性的分析

荊履財(cái)

（陽(yáng)泉煤業(yè)集團(tuán)泊里煤礦有限公司，山西 晉中 032701）

0 引言

在當(dāng)前護(hù)巷煤柱開(kāi)采和沿空留巷無(wú)煤柱開(kāi)采中，結(jié)合沿空留巷開(kāi)采所具有的回采效率高、無(wú)煤柱留設(shè)問(wèn)題的優(yōu)勢(shì)，得到了廣泛使用。在實(shí)際的技術(shù)應(yīng)用中，無(wú)論是護(hù)巷煤柱開(kāi)采還是沿空留巷開(kāi)采，都存在一定程度的漏風(fēng)與跑風(fēng)問(wèn)題，會(huì)制約井下通風(fēng)系統(tǒng)價(jià)值的發(fā)揮。如何做好沿空留巷工作面通風(fēng)安全及可靠性的分析，便成為很多煤礦開(kāi)采在應(yīng)用沿空留巷技術(shù)時(shí)，需要考慮的問(wèn)題。下面將以某煤礦企業(yè)開(kāi)采為例，進(jìn)行通風(fēng)系統(tǒng)可靠性的分析，以期望可以為其他煤礦的生產(chǎn)提供理論經(jīng)驗(yàn)。

1 工程概況

以某煤礦采區(qū)5#煤層為例進(jìn)行通風(fēng)系統(tǒng)可靠性的分析，具體在該煤層中，煤厚為4.8 m、埋深平均為299 m、煤層傾角為4°，有著結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的特點(diǎn)。其中煤層老頂為粗砂巖、直接頂為細(xì)砂巖、砂質(zhì)泥巖，三部分厚度分別為14.12、10.6、2.6 m。

針對(duì)5#4207 工作面的開(kāi)采而言，在巷道支護(hù)上選擇錨網(wǎng)索的方式，同時(shí)在沿空留巷的巷道旁充填高寬各3 m 的強(qiáng)膏體材料，主要用于支撐頂板并實(shí)現(xiàn)巷道漏風(fēng)量的降低。井下開(kāi)采實(shí)際選擇BD-Ⅱ-8-NO22風(fēng)機(jī)進(jìn)行通風(fēng)，具體運(yùn)行風(fēng)壓為2 600 Pa，實(shí)際的4207 綜采工作面通風(fēng)線路，如圖1 所示[1]。

圖1 4207 綜采工作面通風(fēng)線路

2 沿空留巷技術(shù)的通風(fēng)安全性分析

結(jié)合傳統(tǒng)的留設(shè)煤柱的護(hù)巷開(kāi)采方式，在實(shí)際應(yīng)用中會(huì)受到煤柱支撐的影響，具體在采空區(qū)頂板位置巖層無(wú)法有效垮落，因此在采空區(qū)中會(huì)出現(xiàn)一定距離的懸空位置。此外，當(dāng)煤柱的支撐制約頂板不能有效脫落下，在采空區(qū)和護(hù)巷煤柱之間還會(huì)形成大范圍的松散三角區(qū)，且有著裂隙發(fā)育的特征，會(huì)存在漏風(fēng)問(wèn)題，降低了井下開(kāi)采工作中的通風(fēng)質(zhì)量，具體如圖2-1所示[2]。

圖2 兩種開(kāi)采方式的通風(fēng)示意

在5#煤層4207 綜采工作面應(yīng)用沿空留巷技術(shù)后，實(shí)際的開(kāi)采工作不需要留設(shè)護(hù)巷煤柱，因此在采空區(qū)的頂板垮落工作中較為便利，且采空區(qū)垮落的巖層部分，會(huì)在覆巖的重力作用下逐漸密實(shí)，進(jìn)而形成一個(gè)具有較高壓實(shí)度的阻風(fēng)結(jié)構(gòu)。同時(shí)，該技術(shù)的應(yīng)用還可以降低松散三角區(qū)域的面積，甚至能夠有效消除松散三角區(qū)，降低漏風(fēng)量。最后，該技術(shù)還能降低上隅角瓦斯集聚量和采空區(qū)瓦斯涌出量，進(jìn)而避免采空區(qū)中的遺煤出現(xiàn)自燃問(wèn)題，該技術(shù)下的具體通風(fēng)示意，如圖2-2 所示。因此，與傳統(tǒng)的護(hù)巷煤柱開(kāi)采方式相比較，沿空留巷技術(shù)在理論上有著較高的通風(fēng)安全性和可靠性。

3 采面通風(fēng)質(zhì)量參數(shù)分析

3.1 工作面通風(fēng)實(shí)測(cè)

通過(guò)風(fēng)速表對(duì)4207 綜采工作面進(jìn)行各類通風(fēng)參數(shù)的測(cè)試統(tǒng)計(jì)，在4207 運(yùn)輸巷近采面290 m 的位置，風(fēng)量（m3·min-1）851、風(fēng)速（m·s-1）3.1；4207 回風(fēng)巷80 m的采面中部，風(fēng)量為822、風(fēng)速為2.4；在4207 回風(fēng)巷近采面270 m 的位置，風(fēng)量為800、風(fēng)速為2.2，為了更好的了解留巷工作面的通風(fēng)可靠性，下面進(jìn)行理論風(fēng)量計(jì)算[3]。

3.2 理論風(fēng)量計(jì)算

在進(jìn)行風(fēng)量計(jì)算中，需要結(jié)合瓦斯涌出量、采面溫度和作業(yè)點(diǎn)人數(shù)進(jìn)行風(fēng)量計(jì)算，具體計(jì)算如下：

1）在結(jié)合井下瓦斯涌出量進(jìn)行計(jì)算時(shí)，需要參考煤礦相關(guān)安全規(guī)程，將工作面瓦斯?jié)舛瓤刂圃?%左右，同時(shí)需要風(fēng)速控制在0.25～4 m/s 之間。結(jié)合該煤礦井下的絕對(duì)、相對(duì)瓦斯涌入量，回采工作面的所需風(fēng)量計(jì)算可以參考公式（1）：

式中：K 為工作面瓦斯涌出的不均衡系數(shù)，取值1.6；q絕為工作面瓦斯的絕對(duì)涌出量，2.1 m3/min；結(jié)合井下絕對(duì)瓦斯量涌出的64.6%計(jì)算，取值1.35，最后可以得出所需風(fēng)量Q采A為216 m3/min；

2）在結(jié)合工作面溫度進(jìn)行風(fēng)量計(jì)算時(shí)，具體要通過(guò)公式（2）：

式中：V采為工作面開(kāi)采的合適風(fēng)度，取值1.2 m/s；S采為通風(fēng)斷面，取值10.6 m2；Ki為采面長(zhǎng)度系數(shù)，取值1.1；最后可以得出所需風(fēng)量Q采B=839 m3/min；

3）在結(jié)合工作面工人數(shù)量進(jìn)行風(fēng)量計(jì)算時(shí)，具體可以通過(guò)公式（3）：

式中：N 為工作面最大工人數(shù)量，取值60；最后可以得出所需風(fēng)量Q采C=240 m3/min。

綜上所述，風(fēng)量Q采A、Q采B、Q采C分別為216、839、240 m3/min，因此確定最合理的風(fēng)量Q采為839 m3/min。

3.3 校核理論計(jì)算風(fēng)量

結(jié)合以上對(duì)煤礦風(fēng)速的要求，需要控制在0.255～4 m/s 之間，進(jìn)而可以計(jì)算出工作面的風(fēng)量處于160～2 560 m3/min 之間，通過(guò)上述理論方面的計(jì)算，Q采839 m3/min 滿足于《煤礦安全規(guī)程》中的采面通風(fēng)需要，因此理論計(jì)算的4207 綜采工作所需風(fēng)量839 m3/min 較為合理。

3.4 計(jì)算有效風(fēng)量率

通過(guò)對(duì)4207 采面風(fēng)量率進(jìn)行計(jì)算，可得出實(shí)際進(jìn)風(fēng)巷中的有效風(fēng)量率為96.3%，明顯高于一般的煤柱留巷工作面，可以證明在使用切頂沿空留巷技術(shù)后，雖然存在一定程度的漏風(fēng)問(wèn)題，不過(guò)結(jié)合采空區(qū)上覆巖層的及時(shí)跨落，能彌補(bǔ)煤柱一側(cè)的松散三角區(qū)，因此可以提高工作面進(jìn)風(fēng)巷的有效風(fēng)量率。同時(shí)，針對(duì)采面和回風(fēng)巷的有效風(fēng)量率而言，分別為92.5%、90.5%，在沿空留巷巷道造成的漏風(fēng)影響下，有效風(fēng)量率低于進(jìn)風(fēng)巷，不過(guò)在留巷段距離偏短下，采面和回風(fēng)巷的有效風(fēng)量率降低不明顯。盡管采面、進(jìn)風(fēng)巷、回風(fēng)巷的有效風(fēng)量率存在一定差別，不過(guò)都滿足《煤礦安全規(guī)程》中的要求。結(jié)合實(shí)際中的通風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行，在沿空留巷工作面中，采面的整體漏風(fēng)量小，大部分風(fēng)量可以經(jīng)過(guò)采面進(jìn)入采空區(qū)，有著較高的風(fēng)量利用率。

3.5 計(jì)算通風(fēng)阻力

在進(jìn)行通風(fēng)阻力計(jì)算時(shí)，具體可以通過(guò)公式得出4207 綜采工作面的進(jìn)風(fēng)巷、采面、回風(fēng)巷的風(fēng)阻分別為314、320、342 Pa，在比值上進(jìn)風(fēng)段、用風(fēng)段和回風(fēng)段的風(fēng)阻比值為0.31∶0.32∶0.34，與合理的3∶3∶4 接近，因此4207 綜采工作面在應(yīng)用沿空留巷技術(shù)后，工作面有著較好通風(fēng)效果，可以滿足正常的開(kāi)采通風(fēng)需要。

4 結(jié)語(yǔ)

為了解沿空留巷技術(shù)應(yīng)用中的工作面通風(fēng)效果，本文對(duì)4207 綜采工作面進(jìn)行了通風(fēng)安全性、可靠性的研究。結(jié)合采面在沿空留巷技術(shù)的幫助下，可以降低傳統(tǒng)煤柱支撐方法帶來(lái)的采空區(qū)頂板覆巖不易脫落的影響，在頂板覆巖有效垮落下可以彌補(bǔ)采空區(qū)內(nèi)的松散三角區(qū)域，在降低區(qū)域面積后可以降低通風(fēng)的泄露量，進(jìn)而提高綜采工作面的通風(fēng)效果。另外，本文也從通風(fēng)阻力、有效風(fēng)量率、工作面溫度、瓦斯治理等角度對(duì)沿空留巷技術(shù)下的通風(fēng)情況進(jìn)行了分析，經(jīng)過(guò)核實(shí)4207 綜采工作面在應(yīng)用沿空留巷技術(shù)后，通風(fēng)系統(tǒng)有著較高的可靠性和安全性，能滿足井下開(kāi)采的通風(fēng)需要。