綜采工作面通風系統(tǒng)優(yōu)化應(yīng)用

楊 康

（山西焦煤霍州煤電店坪煤礦，山西呂梁 033102）

隨著煤礦開采水平不斷增大，礦井開拓延伸礦井地應(yīng)力增高，工作面瓦斯治理技術(shù)難題日益凸顯，嚴重制約著綜采工作面安全高效回采；目前綜采工作面常用“U”型通風系統(tǒng)或“U+高抽巷”型通風系統(tǒng)，但是普遍存在上隅角瓦斯積聚、瓦斯治理難度大等難題，為達到預(yù)期瓦斯治理效果，先后對工作面采取氣相壓裂增透、順煤層瓦斯鉆孔抽采。采空區(qū)埋管抽采以及高位鉆孔抽采等，但是仍存在很多問題，無法從根本上解決工作面瓦斯涌出量大、通風風阻大等技術(shù)難題，本文以店坪煤礦204工作面為研究對象，對工作面通風系統(tǒng)進行優(yōu)化，提出了“W”型通風系統(tǒng)。

1 概述

店坪煤礦204工作面位于830水平二采區(qū)左翼，工作面最高標高930m,工作面最低標高828m，工作面東為井田邊界，西為830系統(tǒng)大巷，南為9-206工作面，北與9-202工作面相鄰（已回采）。

204 工作面工作面順槽長度為1173m，切巷長為247m，回采煤層為9#層，平均厚度為2.8m，平均傾角為4°，瓦斯絕對涌出量4.23m3/min，相對涌出量為0.85m3/t。煤塵具有爆炸危險性，爆炸指數(shù)為19.79%，煤層屬于Ⅱ級自燃煤層，自然發(fā)火期為80d。

204 工作面初步設(shè)計采用“U”型通風系統(tǒng)，但是根據(jù)202工作面實際應(yīng)用效果來看，“U”型通風系統(tǒng)很容易造成上隅角瓦斯積聚，且工作面漏風系數(shù)高，采空區(qū)有害氣體涌出量大，不利于工作面瓦斯治理及安全高效回采，所以決定對店坪煤礦204工作面通風系統(tǒng)進行優(yōu)化改進，采用“W”型通風系統(tǒng)，

2 工作面通風現(xiàn)狀及問題分析

2.1 “U”型通風現(xiàn)狀

204工作面北部為202工作面，工作面設(shè)計長度為1210m，切巷長度為235m，工作面采用“U”型通風系統(tǒng)，202工作面與204工作面設(shè)計長度基本一致，且回采煤層、回采工藝、瓦斯賦存、采空區(qū)管理等相同，所以可將202工作面作為對比分析對象。

根據(jù)202 工作面回采現(xiàn)狀來看，工作面回采至120m 處時初次來壓，來壓期間應(yīng)力顯現(xiàn)現(xiàn)象嚴重，工作面支架工作阻力大，回采速度慢且煤層破碎，造成工作面及上隅角處瓦斯?jié)舛雀?，實測上隅角最大瓦斯?jié)舛葹?.4%,回風流中最大瓦斯?jié)舛葹?.4%；初次來壓后工作面正?；夭蓵r上隅角及回風流中瓦斯?jié)舛认鄬档?，但是上隅角平均瓦斯?jié)舛葹?.2%,回風流中平均瓦斯?jié)舛葹?.7%。工作面漏風量達8%。

2.2 “U”型通風系統(tǒng)主要存在問題

（1）上隅角瓦斯治理難度大：“U”型通風系統(tǒng)工作面位于尾端存在上隅角，工作面正常通風時在上隅角處出現(xiàn)窩風現(xiàn)象，無法將上隅角處瓦斯直接排除，導(dǎo)致上隅角瓦斯處于積聚狀態(tài)，且上隅角瓦斯治理難度大。

（2）漏風量大：采用“U”型通風系統(tǒng)時204 運輸順槽（2041 巷）為進風巷，風流經(jīng)過上端頭時部分風量在采空區(qū)負壓作用下沿端頭以及架間間隙進入采空區(qū)內(nèi)，造成工作面設(shè)計配風量減小，且風阻增大。

采空區(qū)瓦斯涌出量大：“U”型通風系統(tǒng)綜采工作面采空區(qū)架后150m 范圍內(nèi)瓦斯積聚及賦存狀態(tài)可分為三帶，分別為漏風影響帶、瓦斯滯留帶以及瓦斯壓實積聚帶；漏風影響帶位于架后50～70m 范圍內(nèi)，瓦斯滯留帶位于架后70～120m 范圍內(nèi)，瓦斯積聚壓實帶位于架后120m后；工作面端頭及架間漏風將采空區(qū)漏風影響帶內(nèi)瓦斯帶處，攜帶瓦斯?jié)舛仍?%～5%左右；而采空區(qū)瓦斯滯留帶和瓦斯壓實積聚帶內(nèi)瓦斯受漏風影響小，風流帶處瓦斯量少，所以采空區(qū)漏風影響帶瓦斯是采空區(qū)瓦斯主要來源，漏風影響帶寬窄度直接影響著瓦斯涌出量。

3 “W”型通風系統(tǒng)應(yīng)用

3.1 “W”型通風系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

204工作面采用“W”型通風系統(tǒng)后實現(xiàn)與206工作面為無煤柱工作面，即工作面回采過程中采用“兩進一回”的通風方式，2041巷、2061巷為進風巷，2042巷（沿空留巷）為總回風巷，如圖1 所示；先回采204 工作面，206 工作面為備采工作面，204 工作面回采時新鮮風流沿2041 巷進入工作面將污風帶入2042 巷內(nèi)，由于206工作面為備采工作面，保證正常通風即可，風流從2061巷進入206工作面然后沿沿空留巷進入2042巷內(nèi)。

3.2 工作面配風量

204工作面回采期間所需風量按Q采=60×70%×V采×S采×K采高×K采面長公式進行計算，其中V采為204采煤工作面的風速，按采煤工作面進風流的溫度選取，采煤工作面溫度＜20℃，故選取1.0m/s；S采為204采煤工作面的平均有效斷面積，按最大和最小控頂有效斷面的平均值計算。工作面最大空頂距為5.285m，最小控頂距4.485m，可計算出平均控頂距4.885m。工作面實際采高3.1m，所以斷面為4.885×3.1=15.14（m3）；K采高為204采煤工作面采高調(diào)整系數(shù)，工作面采高3.1m，選取系數(shù)為1.2；K采面長為204 采煤工作面長度調(diào)整系數(shù)，工作面長度為247m，根據(jù)山西焦煤集團有限責任公司礦井配風、風量計算標準，回采工作面長度大于180m時，選取系數(shù)為1.30～1.40，此處選取系數(shù)為1.40；所以通過計算Q采=60×70%×1.0×15.14×1.2×1.4=1068（m3/min）。

3.3 沿空留巷設(shè)計

為了保證沿空留巷施工安全，需對留巷段采取維護控制措施，所以決定對204 工作面超前進行切頂卸壓，對留巷段頂板采取安裝擋矸裝置。

3.3.1 切頂卸壓施工

（1）切頂卸壓施工目的主要使頂板超前預(yù)裂，確保頂板進入采空區(qū)后沿預(yù)裂方向全部垮落，從而避免頂板垮落時造成留巷段頂板出現(xiàn)破碎、垮落現(xiàn)象；切頂卸壓布置在204 巷內(nèi)，沿巷道走向布置，預(yù)裂孔深為8.0m，直徑為75mm，鉆孔布置間距為3.0m。

（2）預(yù)裂孔施工完后對鉆孔內(nèi)安裝聚能管，對聚能管內(nèi)安裝礦用乳化炸藥以及毫秒延期電雷管，采用正向裝藥方式，單孔裝藥量為3kg，雷管腳線采用串聯(lián)連接方式。

（3）主要完成后依次進行爆破預(yù)裂，爆破預(yù)裂范圍控制在工作面30m 范圍內(nèi)，每次爆破預(yù)裂孔數(shù)量不超過3個。

3.3.2 安裝擋矸裝置

（1）為了對采空區(qū)矸石起到阻擋作用需在沿空巷位于采空區(qū)側(cè)安裝擋矸裝置，擋矸裝置采用U29 型可伸縮型鋼棚，鋼棚頂梁長度為0.5m為工字鋼梁，棚腿長度為3.1m，鋼棚支設(shè)后成“T”型結(jié)構(gòu)。

（2）擋矸裝置安裝間距為0.5m，裝置安裝后相鄰裝置之間采用三組防倒拉桿連接，擋矸裝置支設(shè)在切頂線0.3m 處；擋矸裝置支設(shè)完成后在擋矸裝置表面安裝風筒布、金屬護網(wǎng)，并對護網(wǎng)表層進行噴漿覆蓋處理。

（3）為了提高沿空巷切頂線處頂板整體穩(wěn)定性，在距擋矸裝置0.5m和1.5m處施工兩排邁步式錨索吊棚，吊棚沿巷道走向進行布置。

2042沿空留巷支護如圖2所示。

圖2 2042沿空留巷支護示意圖

4 結(jié)語

（1）采用傳統(tǒng)“U”型通風系統(tǒng)時上隅角處于窩風區(qū)和工作面負壓區(qū)內(nèi)，造成上隅角瓦斯排除難度大，且采空區(qū)內(nèi)瓦斯在負壓作用下進入采空區(qū)，致使上隅角瓦斯積聚超限現(xiàn)象；而采用“W”型通風系統(tǒng)后在上下進風流流場疊加的情況下消除了上隅角，解決了上隅角瓦斯積聚現(xiàn)象，204工作面在后期回采過程中回風流中瓦斯?jié)舛瓤刂圃?.9%以下。

（2）采用“U”型通風系統(tǒng)時為單通道供風方式，巷道內(nèi)配風量大、風速高，造成風阻大，而采用“W”型通風系統(tǒng)時采用雙通道供風方式，巷道供風風量小、風速低，通風阻力小，通過計算“W”型通風風阻僅為“U”型通風風阻的25%～30%。

（3）采用“W”型通風系統(tǒng)時工作面兩側(cè)為進風巷，兩側(cè)風壓差相比“U”型通風系統(tǒng)要小，采空區(qū)漏風量小，且采空區(qū)漏風影響帶寬度小于“U”型通風工作面，減少了采空區(qū)瓦斯涌出量，便于采空區(qū)瓦斯治理。

（4）采用“W”型通風系統(tǒng)時2042巷作為沿空留巷，204 工作面回采后可繼續(xù)用于206工作面回風，兩個工作面由原來“U”型通風系統(tǒng)4條巷道，減少為3條巷道，減少巷道掘進工程量1800m，成本費用減少了900 余萬元。