沿空留巷工作面通風安全及可靠性的分析

荊履財

（陽泉煤業集團泊里煤礦有限公司，山西 晉中 032701）

0 引言

在當前護巷煤柱開采和沿空留巷無煤柱開采中，結合沿空留巷開采所具有的回采效率高、無煤柱留設問題的優勢，得到了廣泛使用。在實際的技術應用中，無論是護巷煤柱開采還是沿空留巷開采，都存在一定程度的漏風與跑風問題，會制約井下通風系統價值的發揮。如何做好沿空留巷工作面通風安全及可靠性的分析，便成為很多煤礦開采在應用沿空留巷技術時，需要考慮的問題。下面將以某煤礦企業開采為例，進行通風系統可靠性的分析，以期望可以為其他煤礦的生產提供理論經驗。

1 工程概況

以某煤礦采區5#煤層為例進行通風系統可靠性的分析，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°，有著結構簡單的特點。其中煤層老頂為粗砂巖、直接頂為細砂巖、砂質泥巖，三部分厚度分別為14.12、10.6、2.6 m。

針對5#4207 工作面的開采而言，在巷道支護上選擇錨網索的方式，同時在沿空留巷的巷道旁充填高寬各3 m 的強膏體材料，主要用于支撐頂板并實現巷道漏風量的降低。井下開采實際選擇BD-Ⅱ-8-NO22風機進行通風，具體運行風壓為2 600 Pa，實際的4207 綜采工作面通風線路，如圖1 所示[1]。

圖1 4207 綜采工作面通風線路

2 沿空留巷技術的通風安全性分析

結合傳統的留設煤柱的護巷開采方式，在實際應用中會受到煤柱支撐的影響，具體在采空區頂板位置巖層無法有效垮落，因此在采空區中會出現一定距離的懸空位置。此外，當煤柱的支撐制約頂板不能有效脫落下，在采空區和護巷煤柱之間還會形成大范圍的松散三角區，且有著裂隙發育的特征，會存在漏風問題，降低了井下開采工作中的通風質量，具體如圖2-1所示[2]。

圖2 兩種開采方式的通風示意

在5#煤層4207 綜采工作面應用沿空留巷技術后，實際的開采工作不需要留設護巷煤柱，因此在采空區的頂板垮落工作中較為便利，且采空區垮落的巖層部分，會在覆巖的重力作用下逐漸密實，進而形成一個具有較高壓實度的阻風結構。同時，該技術的應用還可以降低松散三角區域的面積，甚至能夠有效消除松散三角區，降低漏風量。最后，該技術還能降低上隅角瓦斯集聚量和采空區瓦斯涌出量，進而避免采空區中的遺煤出現自燃問題，該技術下的具體通風示意，如圖2-2 所示。因此，與傳統的護巷煤柱開采方式相比較，沿空留巷技術在理論上有著較高的通風安全性和可靠性。

3 采面通風質量參數分析

3.1 工作面通風實測

通過風速表對4207 綜采工作面進行各類通風參數的測試統計，在4207 運輸巷近采面290 m 的位置，風量（m3·min-1）851、風速（m·s-1）3.1；4207 回風巷80 m的采面中部，風量為822、風速為2.4；在4207 回風巷近采面270 m 的位置，風量為800、風速為2.2，為了更好的了解留巷工作面的通風可靠性，下面進行理論風量計算[3]。

3.2 理論風量計算

在進行風量計算中，需要結合瓦斯涌出量、采面溫度和作業點人數進行風量計算，具體計算如下：

1）在結合井下瓦斯涌出量進行計算時，需要參考煤礦相關安全規程，將工作面瓦斯濃度控制在1%左右，同時需要風速控制在0.25～4 m/s 之間。結合該煤礦井下的絕對、相對瓦斯涌入量，回采工作面的所需風量計算可以參考公式（1）：

式中：K 為工作面瓦斯涌出的不均衡系數，取值1.6；q絕為工作面瓦斯的絕對涌出量，2.1 m3/min；結合井下絕對瓦斯量涌出的64.6%計算，取值1.35，最后可以得出所需風量Q采A為216 m3/min；

2）在結合工作面溫度進行風量計算時，具體要通過公式（2）：

式中：V采為工作面開采的合適風度，取值1.2 m/s；S采為通風斷面，取值10.6 m2；Ki為采面長度系數，取值1.1；最后可以得出所需風量Q采B=839 m3/min；

3）在結合工作面工人數量進行風量計算時，具體可以通過公式（3）：

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

綜上所述，風量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量Q采為839 m3/min。

3.3 校核理論計算風量

結合以上對煤礦風速的要求，需要控制在0.255～4 m/s 之間，進而可以計算出工作面的風量處于160～2 560 m3/min 之間，通過上述理論方面的計算，Q采839 m3/min 滿足于《煤礦安全規程》中的采面通風需要，因此理論計算的4207 綜采工作所需風量839 m3/min 較為合理。

3.4 計算有效風量率

通過對4207 采面風量率進行計算，可得出實際進風巷中的有效風量率為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后，雖然存在一定程度的漏風問題，不過結合采空區上覆巖層的及時跨落，能彌補煤柱一側的松散三角區，因此可以提高工作面進風巷的有效風量率。同時，針對采面和回風巷的有效風量率而言，分別為92.5%、90.5%，在沿空留巷巷道造成的漏風影響下，有效風量率低于進風巷，不過在留巷段距離偏短下，采面和回風巷的有效風量率降低不明顯。盡管采面、進風巷、回風巷的有效風量率存在一定差別，不過都滿足《煤礦安全規程》中的要求。結合實際中的通風系統運行，在沿空留巷工作面中，采面的整體漏風量小，大部分風量可以經過采面進入采空區，有著較高的風量利用率。

3.5 計算通風阻力

在進行通風阻力計算時，具體可以通過公式得出4207 綜采工作面的進風巷、采面、回風巷的風阻分別為314、320、342 Pa，在比值上進風段、用風段和回風段的風阻比值為0.31∶0.32∶0.34，與合理的3∶3∶4 接近，因此4207 綜采工作面在應用沿空留巷技術后，工作面有著較好通風效果，可以滿足正常的開采通風需要。

4 結語

為了解沿空留巷技術應用中的工作面通風效果，本文對4207 綜采工作面進行了通風安全性、可靠性的研究。結合采面在沿空留巷技術的幫助下，可以降低傳統煤柱支撐方法帶來的采空區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采空區內的松散三角區域，在降低區域面積后可以降低通風的泄露量，進而提高綜采工作面的通風效果。另外，本文也從通風阻力、有效風量率、工作面溫度、瓦斯治理等角度對沿空留巷技術下的通風情況進行了分析，經過核實4207 綜采工作面在應用沿空留巷技術后，通風系統有著較高的可靠性和安全性，能滿足井下開采的通風需要。