沿空留巷工作面通風安全可靠性的分析

侯雷杰

（山西蘭花科技創業股份有限公司大陽煤礦分公司，山西 晉城 048003）

引言

沿空留巷具備煤炭回采率高、便于成巷以及緩解礦井采掘接替緊張局面等優點，近些年來在煤礦中被廣泛應用[1-2]。在山西、陜西以及內蒙古等各煤炭主采區，沿空留巷技術在煤礦應用中較為普遍[3]。部分礦井采用的沿空留巷技術由于未留設有護巷小煤柱或者未砌筑混凝土模柱等，容易在留巷段導致漏風問題，從而在一定程度上給沿空留巷工作面通風系統安全運行帶來一定影響[4-6]。為此，文中就以山西某礦3605 綜采工作面為研究對象，對采面通風系統可靠性展開探討，以期在一定程度上擴大沿空留巷技術的推廣范圍。

1 工程概況

山西某礦3605 綜采工作面回采的3 號煤平均層厚度為4.3 m，煤層瓦斯含量平均為9.5 m3/t，煤層具有自燃發火危險性（發火周期約為62 d）。3 號煤層頂底板巖性以粉砂巖、砂質泥巖為主。為了提高煤炭回采效率以及資源回收率，提出在3605 采面采用沿空留巷技術代替傳統的護巷煤柱方式，將保留下來的3605 運輸巷給最為臨近的3607 采面回風巷使用，具體采面留巷段位置見圖1 所示。

圖1 留巷段位置圖

3605 留巷段巷道支護采用錨網索支護方式，錨索有常規鋼絞線錨索（直徑18.6 mm×6 300 mm）、恒阻大變形錨索（21.8 mm×10 500 mm）兩種，常規鋼絞線錨索按照1 500 mm×1 500 mm 間排距布置，恒阻錨索布置在采面采空區幫500 mm 位置、布置一排，按照2 000 mm 間距布置；支護采用的錨桿為螺紋鋼錨索（直徑24 mm×2 500 mm），按照1 000 mm×1 000 mm 間排距布置。沿空巷道留巷完成后，3506 工作面通風路線為：3605 軌道巷、3605 運輸巷進風，風流經過3605 切眼后從留巷段流向3607 切巷，后經過3607 運輸巷流向采區集中回風巷。

2 留巷工作面通風可靠性分析

2.1 采面漏風情況分析

在3605 綜采工作面采取沿空留巷技術后，留巷段與3605 采空區間無煤柱保護，同時由于在留巷段內布置有切頂卸壓鉆孔，采空區頂板隨著采面推進及時垮落，從而使得采空區頂板壓力釋放充分，因而在3605 工作面內不存在有松散三角區，從而降低采面臨近采區空位置漏風量。沿空留巷工作面漏風主要集中在留巷段位置。為了掌握采面回采時漏風情況，采用ANSYS 構建模擬模形，對采面各位置風流分布情況進行分析，具體得到在距離采面機頭35 m、100 m、200 m 以及機尾位置處風量分布情況見下頁圖2。

從圖2 看出，采空區內漏風量可占據到采面總漏風量的30%，其中在采面進風巷與切巷交匯位置（進風上隅角）漏風量占比約為7.4%，在距離機頭35～100 m、100～200 m 范圍內采面漏風量占比分別為3.6%、5.3%。采面漏風主要集中在進風上隅角位置，即采面與留巷間形成的長度約為60 m的三角區范圍內。按照正常通風情況，采面正常工程量約為1 600 m3/min，雖然綜采面有一定的漏風，但是在采面機尾位置處風量仍可達到1 058 m3/min，風量可滿足通風需要。

圖2 綜采面各位置風量分布情況

綜合上述分析得出，沿空留巷工作面綜采區的Y 形通風方式避開了回風上隅角位置，使得留巷段處于采面低負壓區，從而避免上隅角位置瓦斯集聚，可有效改善采面瓦斯治理難度的問題。現場應用情況分析，沿空留巷工作面綜采區的Y 形通風系統具有較強的可靠性，不僅可為綜采面提供足夠的風量而且可降低回風上隅角位置瓦斯集聚，從而優于傳統的U 形通風系統。

2.2 采空區遺煤自燃分析

3605 綜采工作面開采的3 號煤層自燃發火周期在62 d。通過ANSYS 分析得出，3605 沿空留巷工作面回采后采空區自燃三帶（散熱帶、氧化帶以及窒息帶）分布范圍為采面后方0～65 m、65～140 m 以及140 m 以外區域。3605 綜采工作面推進速度平均為4.0 m，采面正常回采15.5 d 即可推進過窒息帶，耗時僅占自燃發火期的1/4，預計綜采面正常生產期間采空區遺煤不會出現自燃。

同時3605 綜采工作面采取沿空留巷技術，采空區內遺煤量相對較少，可降低采空區內遺煤自燃概率。綜合分析，雖然采用沿空留巷后采空區漏風量較U 形通風有明顯降低，但是綜采面在正常回采時通過采取常規的防滅火技術，采空區遺煤出現自燃發火概率較低。

3 留巷段漏風量降低措施

降低留巷段漏風量不僅可減少采空區瓦斯涌出量，而且可避免采空區內遺煤出現自燃。可通過降低采面供風量、留巷段表面噴漿以及砌筑隔離墻等方式降低漏風量。

在綜采面生產時應將風量控制在設定值范圍內，不應隨意調整采面供風量，從而使得采面風量在合理范圍內，降低采空區漏風量。對于漏巷段內漏風量較大的區域，可通過及時噴漿方式封堵漏風裂隙，降低漏風量。現場噴漿采用水泥單液漿，噴漿厚度控制在100 mm 以內。

通過模擬分析得知，綜采面漏風主要集中在采面與留巷段交匯位置以及采面進風巷與切眼交匯位置（進風隅角）。對于進風隅角可通過懸掛風障方式減少采面漏風量。而對于采面與留巷段交匯位置可采取砌筑擋風隔離墻方式降低該位置漏風量。

4 沿空留巷工作面通風效果的分析

在3506 綜采工作面正常回采期間，對采面進風巷、切巷以及留巷段內各位置風速進行監測，并對綜采面采空區內溫度、CO 濃度等進行監測。從監測結果看出，采面通風系統中各位置風速均在安全范圍內，同時回風巷內瓦斯濃度控制在0.06%以內；采空區內CO 濃度、溫度等均在正常范圍，未有自燃發火征兆發生。

5 結語

沿空留巷可在一定程度上提升礦井煤炭回采率并降低礦井普遍面臨的采掘接替緊張局面，是現階段深部開采時常用的成巷技術。綜采面采用沿空留巷技術后，通風方式由傳統的U 形變成Y 形，現場應用后不僅可降低綜采面瓦斯涌出量，而且采取適當的措施后不會增加采空區內遺煤自燃發火的危險性。

總體來說，沿空留巷工作面通風系統具有較強的可靠性，在沿空留巷技術應用過程中重點是控制留巷段圍巖變形，從而給通風系統平穩運行創造良好條件。