綜采工作面通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化及瓦斯治理效果分析

云 霄，張立卓，姬忠峰

（中檢集團(tuán)公信安全科技有限公司，山東 棗莊 277101）

1 25102 綜采工作面概述

鑫臻煤礦25102 綜采工作面位于二水平5-1 煤一盤(pán)區(qū)，一水平3-1 煤13201、13202 采空區(qū)下方，25102 主運(yùn)順槽東側(cè)為25103 備采工作面，25102 回風(fēng)順槽西側(cè)為25103 準(zhǔn)備工作面，保護(hù)煤柱為20 m，25102 工作面切眼距離井田邊界25 m，距離寸二礦3-1 煤22111 工作面28.4 m，距離5-1 煤31201 工作面204.8 m。25102 工作面掘進(jìn)長(zhǎng)度2 285.4 m，回采長(zhǎng)度為2 149.8 m，寬度249.2 m，煤層厚度為5.62～6.18 m，平均煤厚5.9 m，本工作面計(jì)劃于2021 年11 月中旬開(kāi)始回采[1-2]。

瓦窯坡煤礦絕對(duì)瓦斯涌出量為0.67 m3/min，相對(duì)瓦斯涌出量為4.43 m3/t，屬瓦斯礦井。25102 綜采工作面前期主要采用“U”型通風(fēng)系統(tǒng)，工作面設(shè)計(jì)配風(fēng)量為1 826 m3/min，由于受工作面通風(fēng)系統(tǒng)及瓦斯抽采技術(shù)限制，工作面回采前期上隅角頻繁出現(xiàn)瓦斯超限現(xiàn)象，最大瓦斯?jié)舛冗_(dá)1.7%，回采煤層瓦斯抽采率不足22%。

2 工作面通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化

為了解決25102 工作面?zhèn)鹘y(tǒng)“U”型通風(fēng)時(shí)風(fēng)阻大、上隅角瓦斯超限等技術(shù)難題，決定對(duì)工作面通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行合理優(yōu)化，提出了“Y”型通風(fēng)系統(tǒng)。

2.1 通風(fēng)系統(tǒng)構(gòu)筑

25102 工作面回風(fēng)順槽西側(cè)為25103 準(zhǔn)備工作面，中間預(yù)留保安煤柱寬度為25 m，構(gòu)筑“Y”型通風(fēng)系統(tǒng)前，在25102 回風(fēng)順槽與25103 工作面回風(fēng)順槽之間施工通風(fēng)橫貫，橫貫布置間距為100 m，橫貫斷面規(guī)格為寬×高=3.5 m×3.0 m；在橫貫頂板往下1.5 m 處安裝1 趟直徑為132 mm 的瓦斯抽采鋼管，如圖1 所示。

圖1 25102 工作面“Y”通風(fēng)平面示意圖

在對(duì)工作面進(jìn)行回采時(shí)，25102 運(yùn)輸順槽為主進(jìn)風(fēng)巷，回風(fēng)順槽為輔助進(jìn)風(fēng)巷，位于原工作面上隅角處沿空留巷，留巷段為主回風(fēng)巷，風(fēng)流通過(guò)沿空巷、通風(fēng)橫貫進(jìn)入25103 回風(fēng)順槽內(nèi)，最后進(jìn)入盤(pán)區(qū)總回風(fēng)巷，“Y”型通風(fēng)系統(tǒng)總配風(fēng)量為1 540 m3/min，其中25102 運(yùn)輸順槽配風(fēng)量為1 040 m3/min，回風(fēng)順槽配風(fēng)量為500 m3/min。

2.2 通風(fēng)系統(tǒng)沿空巷維護(hù)

當(dāng)通風(fēng)橫貫進(jìn)入采空區(qū)3.0 m 處時(shí)，進(jìn)行沿空留巷支護(hù)，布置一排擋矸支架，擋矸支架由工字鋼頂梁和U29 棚腿組成，頂梁長(zhǎng)度為0.5 m，棚腿長(zhǎng)度為3.5 m，擋矸支架支設(shè)間距為0.5 m。

擋矸支架支設(shè)完成后，在同一排支架上掛風(fēng)筒布以及鋼筋網(wǎng)，鋼筋網(wǎng)與擋矸支架之間采用鉛絲進(jìn)行捆綁。鋼筋網(wǎng)采用直徑為6 mm 的圓鋼焊接而成，每片鋼筋網(wǎng)長(zhǎng)度為1.5 m、寬度為1.0 m。

鋼筋網(wǎng)鋪設(shè)完成后，在鋼筋網(wǎng)外側(cè)掛設(shè)水泥簾，每卷水泥簾長(zhǎng)度為5.0 m、寬度為2.0 m，水泥簾一端通過(guò)錨桿固定在沿空巷頂板上，水泥簾的質(zhì)量為45 kg/m，相鄰2 卷水泥簾搭接寬度為0.5 m。

3 工作面綜合瓦斯抽采技術(shù)

3.1 采空區(qū)埋管瓦斯抽采

為了對(duì)采空區(qū)瓦斯進(jìn)行抽采，在進(jìn)行沿空留巷時(shí)，在位于采空區(qū)側(cè)巷幫安裝瓦斯抽采軟管，軟管直徑為110 mm，軟管延伸采空區(qū)內(nèi)長(zhǎng)度為10 m，軟管端頭安裝直徑為110 mm 的法蘭盤(pán)，軟管沿沿空巷走向布置，布置間距為10 m，每段沿空巷布置5 根采空區(qū)瓦斯抽采軟管[3]。

在所有瓦斯抽采軟管法蘭盤(pán)上安裝1 個(gè)混合器，混合器變頭法蘭盤(pán)直徑為132 mm，在混合器法蘭盤(pán)與通風(fēng)橫貫上瓦斯抽采管之間安裝1 根抽采軟管，將通風(fēng)橫貫瓦斯抽采管路與15103 回風(fēng)順槽內(nèi)安裝的主瓦斯抽采管路進(jìn)行連接，主管路直徑為800 mm，主管路與采區(qū)臨時(shí)瓦斯抽采泵站連接[4]。

3.2 邁步式順層鉆孔瓦斯抽采

瓦斯抽采鉆孔沿工作面回風(fēng)順槽、運(yùn)輸順槽側(cè)煤壁布置，回風(fēng)順槽側(cè)鉆孔在超前工作面50 m 布置，布置間距為20 m，鉆孔開(kāi)口位置距頂板1.0 m，鉆孔深度為100 m，鉆孔直徑為75 mm，鉆孔以5°俯角布置。

運(yùn)輸順槽處瓦斯抽采鉆孔超前工作面60 m 布置，鉆孔布置間距為20 m，鉆孔水平投影與回風(fēng)順槽鉆孔呈交錯(cuò)邁步式布置，鉆孔深度為100 m，直徑為75 mm，鉆孔開(kāi)口位置距底板間距為1.0 m，且以5°仰角布置。

順層鉆孔布置完成后，對(duì)鉆孔內(nèi)安裝瓦斯抽采支管，將支管與橫貫內(nèi)管路連接進(jìn)行瓦斯抽采，單孔瓦斯抽采時(shí)間不得低于10 d，當(dāng)工作面推進(jìn)至距抽采鉆孔3.0 m 時(shí)立即停止抽采，并對(duì)鉆孔進(jìn)行封堵。

3.3 高位裂隙鉆孔抽采

工作面回采過(guò)程中，受采動(dòng)影響，上覆頂板出現(xiàn)裂隙，形成瓦斯富集區(qū)，為了避免頂板垮落過(guò)程中富集區(qū)瓦斯涌入工作面，對(duì)頂板裂隙區(qū)布置高位裂隙鉆孔[5]。

為了實(shí)現(xiàn)高位裂隙鉆孔施工、瓦斯抽采與工作面回采協(xié)同作業(yè)，將高位裂隙鉆場(chǎng)布置在通風(fēng)橫貫內(nèi)，鉆場(chǎng)布置間距為30 m，每個(gè)鉆場(chǎng)內(nèi)布置4 個(gè)高位裂隙鉆孔，如圖2 所示。

圖2 25102 工作面瓦斯抽采施工平面示意圖（未標(biāo)單位：mm）

鉆孔編號(hào)為1 號(hào)、2 號(hào)、3 號(hào)、4 號(hào)，鉆孔直徑為75 mm，深度為80 m，其中1 號(hào)鉆孔水平偏角為5°，2號(hào)鉆孔水平偏角為10°，3 號(hào)鉆孔水平偏角為15°，4 號(hào)鉆孔水平偏角為20°，鉆孔布置仰角為15°。

4 實(shí)際應(yīng)用效果分析

4.1 “Y”型通風(fēng)優(yōu)點(diǎn)分析

1）解決了上隅角瓦斯超限問(wèn)題：采用傳統(tǒng)的“U”型通風(fēng)系統(tǒng)時(shí)，工作面回風(fēng)順槽側(cè)存在上隅角，而采用“Y”型通風(fēng)系統(tǒng)后，改變了工作面風(fēng)流流動(dòng)線路，解決了上隅角處窩風(fēng)現(xiàn)象；同時(shí)對(duì)工作面采用沿空留巷，后期可通過(guò)沿空巷進(jìn)行采空區(qū)分源抽采，能夠進(jìn)一步提升礦井抽放系統(tǒng)能力，充分防治瓦斯涌出。

2）減少了采空區(qū)漏風(fēng)量：采用傳統(tǒng)“U”型通風(fēng)時(shí)，由于工作面兩端存在風(fēng)壓差，風(fēng)流進(jìn)入工作面后，在風(fēng)壓差作用下，架間間隙形成漏風(fēng)通道，導(dǎo)致采空區(qū)內(nèi)漏風(fēng)量大，工作面風(fēng)阻大；而采用“Y”通風(fēng)系統(tǒng)后，工作面兩端頭巷道均為進(jìn)風(fēng)巷，在工作面上下隅角處風(fēng)壓差小，減少了采空區(qū)漏風(fēng)量，降低了風(fēng)阻，提高了工作面通風(fēng)效率。

4.2 瓦斯抽采效果分析

4.2.1 降低了上隅瓦斯?jié)舛?/p>

25102 工作面采用“Y”型通風(fēng)系統(tǒng)后，解決了傳統(tǒng)“U”型通風(fēng)時(shí)上隅角“窩風(fēng)”現(xiàn)象，同時(shí)通過(guò)沿空巷埋管進(jìn)行采空區(qū)瓦斯抽采，減少采空區(qū)瓦斯向上隅角涌出現(xiàn)象。由圖3-1 可知，工作面回采在40 m 范圍內(nèi)上隅角處瓦斯積聚升高，主要原因由兩方面：一方面是沿空巷中風(fēng)流為工作面總回風(fēng)流，回風(fēng)中含瓦斯；另一方面是工作面回采前40 m 采空區(qū)瓦斯抽采效率低，未達(dá)到設(shè)計(jì)負(fù)壓值，造成局部采空區(qū)瓦斯向沿空巷內(nèi)涌出。在40 m 后上隅角處瓦斯趨于穩(wěn)定，最大瓦斯?jié)舛龋w積分?jǐn)?shù)）為0.44%。

圖3 綜采瓦斯抽采后工作面瓦斯抽采量及上隅角瓦斯?jié)舛茸兓€圖

4.2.2 提高了工作面瓦斯抽采率

25102 工作面采用采空區(qū)埋管、順槽鉆孔以及高位裂隙孔瓦斯抽采后，工作面瓦斯抽采效率得到了明顯提高。根據(jù)圖3-2 可知，抽采前期由于采空區(qū)、頂板裂隙以及煤層內(nèi)富含高濃度瓦斯，在工作面推進(jìn)前50 m 范圍內(nèi)，采空區(qū)、煤層以及裂隙帶瓦斯抽采量呈直線上升趨勢(shì)，隨著抽采負(fù)壓的提高，煤層及采空區(qū)內(nèi)瓦斯?jié)舛冉档停椴闪恐饾u降低，最終采空區(qū)瓦斯抽采量穩(wěn)定在15.4 m3/min，高位鉆孔瓦斯抽采量穩(wěn)定在10 m3/min，煤層瓦斯抽采量穩(wěn)定在22.3 m3/min；工作面瓦斯總抽采率達(dá)42.8%，總回風(fēng)流中瓦斯?jié)舛鹊陀?.7%。

5 結(jié)語(yǔ)

鑫臻煤礦對(duì)25102 綜采工作面通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行合理優(yōu)化，提高了工作面通風(fēng)穩(wěn)定性，降低了通風(fēng)阻力以及采空區(qū)漏風(fēng)量，解決了傳統(tǒng)“U”型通風(fēng)系統(tǒng)存在的技術(shù)難題。采用綜合瓦斯抽采技術(shù)后，降低了回采煤層、采空區(qū)、上覆裂隙帶瓦斯?jié)舛龋ＷC了工作面安全高效回采，取得了顯著應(yīng)用成效。