切頂卸壓沿空留巷開采工作面W型通風技術研究

袁建紅

(霍州煤電集團呂梁山煤電有限公司，山西省呂梁市，033102)

沿空留巷接續工作面形成后，所留沿空留巷將承擔接續工作面進風或回風任務，回采工作面與接續工作面之間形成局部通風系統，此時局部通風系統風量大小及通風方式將會影響采空區內的環境狀況[1-2]。資料顯示，許多重大事故的發生與采空區有關，煤礦采空區的災害形式主要有遺煤自燃和瓦斯超限引發的瓦斯事故[3-4]，從理論研究和現場實踐來看，采取合理的通風方式是解決采空區兩大災害的有效途徑。

1 工作面概況

店坪煤礦204工作面位于830 m水平二采區左翼，工作面東為井田邊界，西為830 m系統大巷，南為實體煤，北與9-202工作面相鄰(已回采)。工作面上部主要可采煤層為5#煤層，5#煤層距9#煤層64～69 m，9-204工作面上部5#煤層未開采，不受上部采空區積水威脅。

礦井瓦斯絕對涌出量為2.45 m3/min，相對涌出量為0.76 m3/t。煤塵具有爆炸危險性，爆炸指數為19.79%，煤層屬于Ⅱ級自燃煤層，自燃發火期為80 d。

204回采工作面采用切頂卸壓自成巷無煤柱開采新技術進行施工。

2 切頂卸壓沿空留巷W型通風技術研究

2.1 W型通風方式確定

根據工作面切頂卸壓沿空留巷技術施工，在工作面正常推進過程中，沿工作面采空區將會預留一條巷道，為下一個工作面回采工作進行服務，這將導致工作面由原來的一進一回的U型通風方式轉變為一進多回或多進一回的通風方式，常用的通風方式有W型和Y型，因采區巷道采用集中布置方式，工作面無法采用Y型通風方式。根據工作面瓦斯涌出情況，當采用兩進一回W型通風方式時，工作面風量調整簡易，且回風隅角處于開放狀態，不易積聚瓦斯；當采用一進兩回W型通風方式時，回采工作面易出現風流從采空區經過后又進入備用工作面的現象，造成備用工作面串聯通風，工作條件惡化。因此，204工作面采用切頂卸壓沿空留巷技術時工作面通風方式宜采用兩進一回W型通風方式。

W型通風方式的考察主要根據采空區束管監測及采空區漏風情況分析，包括對切頂卸壓無煤柱回采工作面、回風隅角及采空區有毒有害氣體監測，并進行預測預報；采用束管監測系統監測采空區(沿空留巷段)氣體，并進行氣體樣本分析；對兩進一回巷道進行測風及檢測通風壓力，驗算采空區漏風風量。

采用兩進一回的W型通風方式，當兩條進風巷風量比例分別為1∶1、2∶3、1∶2條件下，工作面兩端壓差分別為23.5 Pa、22.3 Pa、20.5 Pa，工作面向采空區的漏風量分別為0.135 m3/s、0.145 m3/s、0.115 m3/s。通過對比發現204回采工作面采用兩條進風巷風量比例為1∶2的W型通風方式時，工作面向采空區的漏風量最少，工作面兩端的壓差較小，而工作面向采空區的漏風是引起采空區煤炭自燃的主要因素之一，因此，204工作面采用W型通風方式可以有效降低采空區煤炭自燃的危險性，有助于解決采空區煤炭自燃問題。

采空區自燃“三帶”的劃分是防范采空區自燃的重要基礎。合理地確定采空區自燃“三帶”的范圍對于預防采空區的自然發火及保障工作面的安全生產具有十分重要的現實意義[5, 6]。目前店坪煤礦根據氧氣濃度來劃分采空區“三帶”，散熱帶內由于漏風充分，其氧氣濃度偏高，常取大于18%；氧化帶內的氧氣濃度為7%～18%；窒息帶的氧氣濃度小于7%。通過采集采空區各部位的氣體氣樣進行氣體分析，可以比較真實地代表各個區域的氣體成分。店坪煤礦204工作面目前已經布置并鋪設了束管管纜等設施，建立了束管采樣系統。束管采樣系統由束管管纜、真空泵、無縫鋼管以及采樣探頭等組成。地面自動控制與分析系統型號為KSS-200地面色譜束管火災監測系統，可以連續監測各個區域的氧氣濃度變化，方法比較簡便易行，而且較為合理可靠，故采用按氧氣濃度的分布來劃分“三帶”位置。采樣器的布置采用工作面兩巷預埋采樣探頭的方法。工作面沿空留巷內每隔50 m設置2趟束管線路，束管探頭通過套管埋入采空區，2趟束管采樣頭間隔25 m，工作面正巷預埋1趟束管，埋入采空區30 m，監測正巷工作面采空區內氧氣濃度變化。工作面及采空區束管安設示意圖見圖1。

圖1 工作面及采空區束管安設示意圖

204工作面累計推進260 m，根據工作面束管探頭監測相關數據，隨著工作面正常推進，留巷內采空區逐步垮落充分，采空區內漏風風量逐漸減少，各測點氧氣濃度逐漸降低，監測結果見表1。根據表1中監測數據，繪制沿空留巷工作面W型通風采空區“三帶”劃分，如圖2所示。

U型通風方式下采空區“三帶”劃分示意圖見圖3。對比U型通風方式下采空區“三帶”變化范圍可以看出，在W型通風方式下沿空留巷工作面采空區內，工作面氧化帶和散熱帶范圍有明顯降低，采用W型通風方式可以大大降低工作面出現自然發火現象的概率。

表1 各測點氧氣濃度監測結果

圖2 沿空留巷工作面W型通風采空區“三帶”劃分示意圖

圖3 U型通風方式下采空區“三帶”劃分示意圖

2.2 實施效果

204回采工作面采用W型兩進一回通風方式有效地減少了采空區漏風，窒息帶明顯增加，氧化帶明顯降低，有利于瓦斯等有毒有害氣體管理及防滅火管理。W型通風方式可以減少回風隅角瓦斯積聚，縮小采空區“三帶”范圍，降低回風隅角及回風流中的CO濃度，降低了回風隅角瓦斯積聚等情況，便于安全管理，杜絕了重大事故發生。

3 結論

204工作面使用W型通風方式后，受工作面兩端均壓作用，工作面兩端的壓差比較小，工作面向采空區的漏風范圍較窄，自然發火帶更接近工作面，自然發火帶的寬度變窄，可以有效防止采空區煤炭自燃，起到均壓防滅火的效果。另外，采用W型通風方式可以有效解決上隅角瓦斯超限問題，能減小采空區瓦斯爆炸界限的寬度，有效防止采空區瓦斯爆炸事故，能取得顯著的安全、經濟效益。