綜采工作面通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化淺析
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摘要綜采工作面U型通風(fēng)系統(tǒng)在回采過(guò)程中，常遇到風(fēng)阻大、漏風(fēng)量大以及上隅角瓦斯集聚等問(wèn)題，本文以店坪煤礦205綜采工作面為研究對(duì)象，對(duì)其通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行合理優(yōu)化，提出了以沿空留巷為基礎(chǔ)建立“Y型”通風(fēng)系統(tǒng)，并對(duì)沿空留巷加強(qiáng)安全支護(hù)，杜絕了采空區(qū)漏風(fēng)量大和上隅角瓦斯超限現(xiàn)象，應(yīng)用效果顯著。
關(guān)鍵詞綜采工作面；通風(fēng)系統(tǒng)；Y型通風(fēng)；沿空留巷
1概述
霍州煤電集團(tuán)有限責(zé)任公司店坪煤礦205工作面位于830m水平二采區(qū)西翼，工作面東為830系統(tǒng)大巷，西為井田邊界，南與9-203工作面（已圈出）相鄰，北面與9-207工作面（正在回采）相鄰。205工作面設(shè)計(jì)走向長(zhǎng)度為1373m，傾向長(zhǎng)度為246m，工作面回采煤層為9#煤層，煤層平均煤厚3.0m，平均傾角為2°。煤層頂?shù)装鍘r性見(jiàn)表1。205工作面采用綜合機(jī)械化回采工藝，初步設(shè)計(jì)中工作面采用一進(jìn)一回“U”型通風(fēng)系統(tǒng)，工作面通風(fēng)量為2115m3/min。9#煤層自燃傾向性為Ⅱ級(jí)，有爆炸危險(xiǎn)性。煤層中瓦斯絕對(duì)涌出量3.66m3/min，相對(duì)涌出量為0.72m3/t。
2U型通風(fēng)系統(tǒng)存在的問(wèn)題
2.1U型通風(fēng)現(xiàn)狀
203工作面為205工作面鄰近工作面，工作面設(shè)計(jì)走向長(zhǎng)度為1700m，傾向長(zhǎng)度為205m，工作面于2020年4月12日已回采結(jié)束。203工作面主要采用U型通風(fēng)系統(tǒng)，2031巷為進(jìn)風(fēng)巷，2032巷為回風(fēng)巷，工作面設(shè)計(jì)配風(fēng)量為2087m3/min。203工作面在回采過(guò)程中共計(jì)出現(xiàn)11次上隅角瓦斯超限現(xiàn)象，最高瓦斯超限濃度達(dá)2.2%，平均瓦斯?jié)舛葹?.3%，導(dǎo)致工作面瓦斯超限斷電5次，工作面斷電總時(shí)長(zhǎng)為17.5h，嚴(yán)重威脅工作面安全高效回采。
2.2U型通風(fēng)上隅角瓦斯超限原因分析
（1）通風(fēng)系統(tǒng)不合理。203工作面采用U型通風(fēng)系統(tǒng)，工作面回風(fēng)流到達(dá)上隅角處時(shí)出現(xiàn)風(fēng)流斡旋現(xiàn)象，導(dǎo)致工作面回風(fēng)流中局部瓦斯在隨窩風(fēng)風(fēng)流在上隅角上部出現(xiàn)積聚，積聚的瓦斯不能及時(shí)被排除，出現(xiàn)瓦斯積聚現(xiàn)象。（2）采空區(qū)漏風(fēng)量大。203工作面共計(jì)安裝了127架支架，端頭支架與進(jìn)風(fēng)順槽非煤壁側(cè)巷幫之間間距達(dá)0.7m，以及支架在分段移架時(shí)，架與架之間存在間隙，從而形成采空區(qū)漏風(fēng)通道。通過(guò)實(shí)測(cè)工作面回采期間采空區(qū)漏風(fēng)量達(dá)87m3/min，漏風(fēng)風(fēng)流在采空區(qū)負(fù)壓作用下流經(jīng)上隅角，從而導(dǎo)致采空區(qū)內(nèi)瓦斯通過(guò)風(fēng)流帶至上隅角。（3）采空區(qū)遺煤量大。9#煤層地質(zhì)條件單一，煤層內(nèi)主要以中小斷層為主，且全部為正斷層。203工作面在回采過(guò)程中共計(jì)揭露19條中小斷層，工作面采用強(qiáng)行破巖法回采過(guò)斷層，在過(guò)斷層期間局部煤炭遺留至采空區(qū)內(nèi)，遺煤內(nèi)吸附的瓦斯在采空區(qū)內(nèi)釋放，并通過(guò)上隅角以及架間間隙涌出，導(dǎo)致上隅角瓦斯積聚超限。（4）裂隙瓦斯涌出量大。9#煤層直接頂主要為砂質(zhì)泥巖，該巖體致密成脆性，巖體單軸抗壓強(qiáng)度為22MPa，在回采應(yīng)力及周期來(lái)壓作用下工作面超前50m范圍內(nèi)直接頂出現(xiàn)斷裂現(xiàn)象，直接頂內(nèi)形成裂隙帶，煤層內(nèi)瓦斯在頂板裂隙帶內(nèi)富集，工作面回采后直接頂垮落，富集瓦斯隨頂板垮落后涌入采空區(qū)，造成上隅角瓦斯積聚。
3通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化改進(jìn)
根據(jù)203工作面回采情況，為了解決工作面上隅角瓦斯超限、采空區(qū)漏風(fēng)等技術(shù)難題，決定對(duì)205工作面通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化[1-5]，建立“Y”型通風(fēng)系統(tǒng)。
3.1Y型通風(fēng)系統(tǒng)方案
205工作面鄰近207工作面，采用Y型通風(fēng)系統(tǒng)時(shí)減少一條回采巷道，即205工作面與207工作面共用一條巷道（沿空巷），如圖1。采用Y型通風(fēng)系統(tǒng)時(shí)2051巷為主進(jìn)風(fēng)巷，配風(fēng)量980m3/min，2052巷為輔助進(jìn)風(fēng)巷，配風(fēng)量750m3/min。工作面回采新鮮風(fēng)流沿2051巷進(jìn)入工作面，污風(fēng)沿沿空留巷段經(jīng)207切眼、2072巷進(jìn)入盤(pán)區(qū)回風(fēng)巷。
3.2沿空留巷支護(hù)技術(shù)
為了保證工作面安全回采，提高沿空巷圍巖穩(wěn)定性，防止采空區(qū)內(nèi)有害氣體向沿空巷內(nèi)涌入，決定對(duì)沿空巷采取“爆破切頂施工+安裝擋矸裝置+架設(shè)矩形工字鋼棚”聯(lián)合控制技術(shù)。3.2.1爆破切頂施工。（1）切頂施工目的。為了防止205工作面采空區(qū)垮落時(shí)對(duì)沿空巷頂板產(chǎn)生剪切破壞作用，對(duì)沿空巷與采空區(qū)邊緣施工爆破鉆孔，對(duì)鉆孔內(nèi)安裝聚能管以及礦用乳化炸藥，提前進(jìn)行爆破預(yù)裂施工，使工作面頂板沿工作面走向方向形成貫穿裂隙，當(dāng)工作面回采后采空區(qū)頂板沿貫穿裂隙直接垮落，避免了采空區(qū)垮落時(shí)對(duì)沿空巷頂板產(chǎn)生破壞作用。（2）爆破切頂鉆孔布置參數(shù)。采用液壓鉆機(jī)配套直徑為65mm合金鋼鉆頭進(jìn)行爆破鉆孔施工，鉆孔施工直徑為70mm，鉆孔布置在距工作面煤壁0.3m處頂板上，鉆孔深度為6.5m，鉆孔布置間距為3.0m，鉆孔沿直線進(jìn)行布置。（3）爆破切頂施工工藝。①在沿空巷頂板施工爆破切頂鉆孔，鉆孔超前工作面30m布置，鉆孔施工完后及時(shí)清理鉆孔內(nèi)煤屑；②鉆孔施工完后對(duì)鉆孔內(nèi)安裝聚能管，每根聚能管長(zhǎng)度為3.0m，直徑為65mm，聚能管兩側(cè)均勻布置一排直徑為10mm孔，孔間距為0.3m，每個(gè)鉆孔內(nèi)安裝兩節(jié)聚能管，管與管之間采用絲扣連接；③對(duì)聚能管內(nèi)填裝兩支礦用乳化炸藥以及一支毫秒延期電雷管，對(duì)鉆孔孔口處采用水炮泥進(jìn)行封堵，封堵長(zhǎng)度不得低于1.0m。待所有工序完成后依次進(jìn)行爆破。3.2.2安裝擋矸裝置。為了防止采空區(qū)垮落時(shí)采空區(qū)內(nèi)巖體以及有害氣體涌入留巷段，需在沿空巷位于工作面一側(cè)安裝擋矸裝置。（1）工作面回采后及時(shí)在架后5.0m范圍內(nèi)安裝擋矸裝置，擋矸裝置主要由頂梁和棚腿組成。頂梁長(zhǎng)度為0.5m，采用11#工字鋼梁制成，頂梁兩端各焊制一個(gè)直徑為30mm支護(hù)孔；棚腿采用U29型鋼制成，棚腿兩側(cè)各焊制5個(gè)直徑為30mm圓環(huán)。（2）擋矸裝置安裝時(shí)先安裝頂梁，頂梁采用兩根長(zhǎng)度為1.5m、直徑為22mm錨桿進(jìn)行固定，頂梁沿巷道走向布置，且布置在距切頂孔0.2m處；頂梁安裝后采用卡纜將頂梁與棚腿進(jìn)行固定。（3）擋矸裝置安裝間距為0.5m，擋矸裝置安裝后在相鄰兩架擋矸裝置之間采用5根長(zhǎng)0.5m、直徑為20mm圓鋼拉桿進(jìn)行連接固定。（4）待所有擋矸裝置安裝后，在擋矸裝置之間鋪設(shè)一層鋼筋網(wǎng)，鋼筋網(wǎng)與擋矸裝置之間采用鉛絲固定。鋼筋網(wǎng)鋪設(shè)后在其外側(cè)鋪設(shè)一層風(fēng)筒布。3.2.3施工走向錨索吊棚。為了防止采空區(qū)垮落時(shí)，受采空區(qū)殘余應(yīng)力影響，導(dǎo)致留巷段頂板出現(xiàn)破碎、垮落現(xiàn)象，決定對(duì)留巷斷層頂板施工兩排走向邁步式吊棚。（1）205工作面沿空巷段施工的走向錨索吊棚主要由一根工字鋼梁和恒阻錨索組成，鋼梁長(zhǎng)度為3.5m，鋼梁上焊制兩個(gè)錨索鉆孔，孔間距為2.5m。為了防止鋼梁兩側(cè)邊對(duì)頂板產(chǎn)生切頂破壞作用，在鋼梁與頂板接觸一側(cè)焊接一塊厚度為8mm鋼板。（2）錨索吊棚沿巷道走向布置，第一排錨索吊棚施工在距擋矸裝置0.5m處，錨索吊棚成直線布置，每架吊棚布置間距為1.0m；第二排錨索吊棚與第一排布置排距為1.5m，相鄰兩架錨索吊棚成邁步式布置。如圖2。圖2205工作面沿空留巷段支護(hù)平面示意圖（mm）
4Y型通風(fēng)系統(tǒng)應(yīng)用效果
4.1Y型通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)
（1）減少巷道掘進(jìn)工程量。205工作面采用Y型通風(fēng)系統(tǒng)后與207工作面共用一條巷道，與U型通風(fēng)系統(tǒng)相比，減少一條巷道，同時(shí)采用Y型通風(fēng)系統(tǒng)后相鄰兩個(gè)工作面之間無(wú)需預(yù)留煤柱，提高了工作面回采效率，減少了采空區(qū)內(nèi)遺煤量。（2）減少風(fēng)阻及配風(fēng)量。采用兩進(jìn)一回的“Y”通風(fēng)系統(tǒng)后，降低了工作面通風(fēng)風(fēng)阻，減少了工作面通風(fēng)風(fēng)量，實(shí)測(cè)205工作面采用Y型通風(fēng)系統(tǒng)后總配風(fēng)量為1730m3/min，與設(shè)計(jì)配風(fēng)量相比減少385m3/min。（3）減少采空區(qū)漏風(fēng)量。采用Y型通風(fēng)系統(tǒng)后降低了工作面頭尾順槽兩側(cè)風(fēng)壓差，減少了采空區(qū)漏風(fēng)量，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定205工作面回采過(guò)程中采空區(qū)漏風(fēng)量不足85m3/min。（4）避免上隅角瓦斯積聚。與U型通風(fēng)系統(tǒng)相比，采用Y型通風(fēng)系統(tǒng)后工作面不存在上隅角，同時(shí)采空區(qū)內(nèi)負(fù)壓小、采空區(qū)漏風(fēng)量小，避免了采空區(qū)內(nèi)有害氣體涌入工作面，解決了U型通風(fēng)系統(tǒng)上隅角瓦斯積聚、采空區(qū)有害氣體涌出量大等問(wèn)題。
4.2實(shí)際應(yīng)用效果分析
（1）降低工作面瓦斯?jié)舛取＝刂?020年12月24日205工作面已回采650m，工作面采用Y型通風(fēng)系統(tǒng)回采過(guò)程中未出現(xiàn)一次瓦斯超限斷電現(xiàn)象，實(shí)測(cè)工作面落煤點(diǎn)機(jī)道處平均瓦斯?jié)舛葹?.7%，沿空留巷段平均瓦斯?jié)舛葹?.9%，采用束管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)采空區(qū)內(nèi)瓦斯監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)，在架后30m范圍內(nèi)平均瓦斯?jié)舛炔蛔?.6%。（2）提高經(jīng)濟(jì)效益。205工作面采用Y型通風(fēng)系統(tǒng)后，減少了采掘巷道布置數(shù)量，減少巷道掘進(jìn)工程量達(dá)1300m；同時(shí)205工作面與207工作面之間無(wú)需預(yù)留煤柱，可增加煤柱回采量，提高了回采率和經(jīng)濟(jì)效益。
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作者:王鑫 單位:霍州煤電集團(tuán)有限責(zé)任公司