綜采工作面通風系統優化應用

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力增高，工作面瓦斯治理技術難題日益凸顯，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”型通風系統或“U+高抽巷”型通風系統，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，對工作面通風系統進行優化，提出了“W”型通風系統。

1 概述

店坪煤礦204工作面位于830水平二采區左翼，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，爆炸指數為19.79%，煤層屬于Ⅱ級自燃煤層，自然發火期為80d。

204 工作面初步設計采用“U”型通風系統，但是根據202工作面實際應用效果來看，“U”型通風系統很容易造成上隅角瓦斯積聚，且工作面漏風系數高，采空區有害氣體涌出量大，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工作面通風系統進行優化改進，采用“W”型通風系統，

2 工作面通風現狀及問題分析

2.1 “U”型通風現狀

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

根據202 工作面回采現狀來看，工作面回采至120m 處時初次來壓，來壓期間應力顯現現象嚴重，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濃度高，實測上隅角最大瓦斯濃度為1.4%,回風流中最大瓦斯濃度為2.4%；初次來壓后工作面正常回采時上隅角及回風流中瓦斯濃度相對降低，但是上隅角平均瓦斯濃度為1.2%,回風流中平均瓦斯濃度為1.7%。工作面漏風量達8%。

2.2 “U”型通風系統主要存在問題

（1）上隅角瓦斯治理難度大：“U”型通風系統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窩風現象，無法將上隅角處瓦斯直接排除，導致上隅角瓦斯處于積聚狀態，且上隅角瓦斯治理難度大。

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

采空區瓦斯涌出量大：“U”型通風系統綜采工作面采空區架后150m 范圍內瓦斯積聚及賦存狀態可分為三帶，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，瓦斯滯留帶位于架后70～120m 范圍內，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漏風影響帶內瓦斯帶處，攜帶瓦斯濃度在1%～5%左右；而采空區瓦斯滯留帶和瓦斯壓實積聚帶內瓦斯受漏風影響小，風流帶處瓦斯量少，所以采空區漏風影響帶瓦斯是采空區瓦斯主要來源，漏風影響帶寬窄度直接影響著瓦斯涌出量。

3 “W”型通風系統應用

3.1 “W”型通風系統結構

204工作面采用“W”型通風系統后實現與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，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。

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采煤工作面采高調整系數，工作面采高3.1m，選取系數為1.2；K采面長為204 采煤工作面長度調整系數，工作面長度為247m，根據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，選取系數為1.30～1.40，此處選取系數為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裂，確保頂板進入采空區后沿預裂方向全部垮落，從而避免頂板垮落時造成留巷段頂板出現破碎、垮落現象；切頂卸壓布置在204 巷內，沿巷道走向布置，預裂孔深為8.0m，直徑為75mm，鉆孔布置間距為3.0m。

（2）預裂孔施工完后對鉆孔內安裝聚能管，對聚能管內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，雷管腳線采用串聯連接方式。

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

3.3.2 安裝擋矸裝置

（1）為了對采空區矸石起到阻擋作用需在沿空巷位于采空區側安裝擋矸裝置，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，鋼棚支設后成“T”型結構。

（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，擋矸裝置支設在切頂線0.3m 處；擋矸裝置支設完成后在擋矸裝置表面安裝風筒布、金屬護網，并對護網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 結語

（1）采用傳統“U”型通風系統時上隅角處于窩風區和工作面負壓區內，造成上隅角瓦斯排除難度大，且采空區內瓦斯在負壓作用下進入采空區，致使上隅角瓦斯積聚超限現象；而采用“W”型通風系統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象，204工作面在后期回采過程中回風流中瓦斯濃度控制在0.9%以下。

（2）采用“U”型通風系統時為單通道供風方式，巷道內配風量大、風速高，造成風阻大，而采用“W”型通風系統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”型通風系統時工作面兩側為進風巷，兩側風壓差相比“U”型通風系統要小，采空區漏風量小，且采空區漏風影響帶寬度小于“U”型通風工作面，減少了采空區瓦斯涌出量，便于采空區瓦斯治理。

（4）采用“W”型通風系統時2042巷作為沿空留巷，204 工作面回采后可繼續用于206工作面回風，兩個工作面由原來“U”型通風系統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。