緩傾斜厚煤層綜放回采巷道布置方式的現(xiàn)狀分析

郭靈飛，康天合，陳世江，潘月軍

(1.內蒙古科技大學礦業(yè)工程學院，內蒙古包頭014010;2.太原理工大學采礦工藝研究所，山西太原030024; 3.神東煤炭集團補連塔選煤廠，內蒙古鄂爾多斯017209)

綜放技術于20世紀80年代初引進我國，經過30多年取得了迅速發(fā)展與創(chuàng)新，回采巷道的布置方式也在不斷地發(fā)展與完善，一種適合礦井生產的巷道布置方式，能夠易于瓦斯排放、利于弱化頂煤頂板、提高采出率、解決巷道掘進與支護的困難等。

本文對緩傾斜厚煤層綜放回采巷道布置方式進行總結分析，從高瓦斯礦井、“兩硬”煤層、松軟破碎煤層、小煤柱或無煤柱護巷等方面考慮，總結目前各種類型回采巷道的布置方式，分析各自的優(yōu)缺點、適用條件，有助于煤礦選擇合理的回采巷道布置方式。

1 專用排放瓦斯巷的布置

由于綜放開采一次采出煤炭量大，工作面的瓦斯超限是影響安全高效回采的主要問題，而目前解決該問題的主要方法是礦井通風。

U型通風系統(tǒng)［1］(或兩巷式)是應用較為廣泛的方式，即只沿煤層底板布置1條運輸巷和1條回風巷，具有巷道的掘進和維護費用低、向采空區(qū)漏風少、風流穩(wěn)定、易于管理等優(yōu)點，但易引起上隅角瓦斯積聚，形成渦流區(qū)，造成工作面上隅角瓦斯?jié)舛却?，易超限，制約采煤工作面的安全生產。

我國學者和工作人員經過多年研究和實踐，在U型通風系統(tǒng)的基礎上，增加1條或多條用于治理瓦斯超限的專用瓦斯巷道。

1.1 增加1條專用瓦斯巷

U+L型外錯式通風系統(tǒng)［2］包括U型通風系統(tǒng)和與回風巷外錯20m左右的專用瓦斯巷，這條瓦斯巷可以沿頂板布置，也可沿底板布置，回風巷與瓦斯巷之間間隔一定距離 (30～50m)用聯(lián)絡巷溝通。瓦斯巷沿頂板布置更有利于上隅角瓦斯的排放，而沿底板布置的瓦斯巷在上工作面回采結束后可作為下工作面的巷道使用。但不管何種布置都增加了大量的采區(qū)煤柱。

U+L型內錯式通風系統(tǒng)［2］包括U型通風系統(tǒng)和與回風巷內錯20m左右的專用瓦斯巷，使工作面采空側產生負壓區(qū)來控制上隅角瓦斯的積聚。但該瓦斯巷經常受到放煤的影響，提前冒落坍塌，不能真正發(fā)揮治理上隅角瓦斯的作用。

U+I型通風系統(tǒng)也稱頂層瓦斯巷外錯小煤柱護巷技術［3］，包括U型通風系統(tǒng)和與回風巷平行并外錯回風巷0～5m并聯(lián)布置頂板專用瓦斯巷。該布置方式能解決放頂煤工作面上段、上隅角和采空區(qū)的瓦斯與煤塵積聚，特別是上隅角上部空間瓦斯與煤塵的積聚，并為實現(xiàn)小煤柱放頂煤開采，提高煤炭采出率創(chuàng)造了良好的力學環(huán)境。但該布置方式易向采空區(qū)漏風，對于易自燃煤層可能發(fā)生火災。

J(或h或Y)型通風系統(tǒng)［4－6］包括U型通風系統(tǒng)和U型通風系統(tǒng)的回風巷在進入采空區(qū)后繼續(xù)保留作排瓦斯專用巷。其中J(或h)通風系統(tǒng)構成“一進兩回”通風方式，即運輸巷進風，經工作面，由回風巷和專用瓦斯巷回風。而Y型通風構成“兩進一回”的通風方式，即運輸巷和回風巷同時進風，由專用瓦斯巷回風。沿空排瓦斯巷縱貫采空區(qū)，改變了采空區(qū)瓦斯源的流向，消除了采空區(qū)瓦斯引起工作面和上隅角局部地點積聚的可能性。但是該布置方式易向采空區(qū)漏風，對于易自燃煤層可能發(fā)生火災。

“呂”字形巷道布置［7］包括兩巷式和回風巷的正上方沿煤層頂板布置的專用瓦斯巷。該瓦斯巷比內錯或外錯瓦斯巷的排放瓦斯效果更好，而且對回風巷有卸壓作用，這種作用隨瓦斯巷寬度的增加而增加。但是要求煤層較厚 (一般在9m以上)，特別對于軟煤層來說，上下巷道間距不能過小，以免漏風。對于回風巷的支護提出了更高的要求，不易于采用錨桿支護。

W型通風系統(tǒng)［8］包括U型通風系統(tǒng)和布置于工作面中間沿煤層頂板掘進的瓦斯巷，該瓦斯巷直接與回風上山溝通。為了防止工作面風速和上隅角瓦斯超限，采用兩巷進風，瓦斯巷回風的“兩進一回”的通風方式，但瓦斯巷也會受采動影響使其通風不暢。

B(E)通風系統(tǒng)［9］包括U型通風系統(tǒng)和與回風巷內錯10～15m的專用瓦斯巷，該瓦斯巷直接與回風上山連通。在回風上山中設置1個風窗，可以調節(jié)風窗的開啟面積，使得專用瓦斯排放巷和回風巷內的瓦斯排出濃度降低至1%以下。

菌株：釀酒酵母（CICC 31084、CICC 31085、CICC 32178、CICC 32130、CICC 32168），均由中國工業(yè)微生物菌種保藏管理中心(CICC)提供。

還有一種用于排放瓦斯通風系統(tǒng)布置方式是在U型通風系統(tǒng)的基礎上，在本煤層頂板或上鄰近煤層中，沿煤層走向或傾向布置1條高抽巷［10］。該布置方式適用于本工作面或鄰近層瓦斯涌出量較大，采空區(qū)瓦斯含量較高，回風流瓦斯?jié)舛葻o法降低的開采條件。

1.2 增加多條抽排瓦斯巷

雙U型通風系統(tǒng)［11］是2個U型系統(tǒng)疊加，形成“兩進兩回”的通風方式。該布置方式由外側的大“U”嵌套內側的小“U”，外側的“U”型通風巷道1條巷用作進風巷、1條巷用作專用排瓦斯巷，這2條巷通過通風聯(lián)絡巷連接;內側的小“U”型通風巷道1條巷道用作運輸兼進風巷，1條巷用作工作面回風巷，這2條巷道通過工作面連通;進風巷與運輸巷、回風巷與專用排瓦斯巷之間每隔100～120m設置了調節(jié)風窗或密閉的橫川，便于調節(jié)使用。

U+L+高抽巷［12］是U+L型通風系統(tǒng)和高抽巷的疊加。該布置方式是在U+L內錯式或外錯式通風系統(tǒng)的基礎上，在本煤層頂板或上鄰近煤層中布置高抽巷。

J+E型通風系統(tǒng)［13］是 J和 E通風系統(tǒng)的疊加。運輸巷、回風巷及相鄰工作面切眼構成J型通風系統(tǒng)，運輸巷、回風巷及瓦斯巷構成E型通風系統(tǒng)。J+E型通風系統(tǒng)具有J型通風系統(tǒng)排放瓦斯量大和風量的可調節(jié)控制以及E型通風系統(tǒng)簡單可靠的優(yōu)點，解決了工作面特別是上隅角瓦斯超限的問題，使工作面的通風系統(tǒng)得到了優(yōu)化，進一步降低了瓦斯給生產帶來的危害。

對于增加多條抽排瓦斯巷的系統(tǒng)，能夠很好地解決瓦斯積聚的問題，但是無疑增加了多條巷道，從而增加了大量的掘進費用。

表1為緩傾斜厚煤層專用排放瓦斯巷的布置方式。

2 “兩硬”厚煤層綜放回采巷道布置方式

“兩硬”是指:頂板f＞11;頂煤f＞3。頂煤強度高，且層、節(jié)理通常不發(fā)育，頂煤的塊度大，自然破碎效果較差，不易放出，降低采出率;堅硬頂板在初次來壓和周期來壓期間支柱載荷過大，支柱初撐力不足或有較大懸頂，直接頂冒落后不能充滿采空區(qū)或離層后與上覆堅硬巖層冒落不同步，是工作面易發(fā)生壓垮型冒頂事故的主要原因。為了提高“兩硬”厚煤層綜放開采的采出率，保障工作面的安全高效回采，必須采取相應的弱化頂煤和頂板的措施。實施這一措施的主要方法是工藝巷內進行深孔松動爆破。

回采工作面只布置2條巷道，在巷道中直接間隔一定的距離打深孔松動爆破鉆孔，以弱化頂煤和頂板。該布置方式減少了掘進率，但是對2條巷道支護提出了更高的要求。

3 松軟破碎厚煤層綜放回采巷道布置方式

若回采巷道沿松軟破碎煤層底板布置，巷道掘進與支護十分困難，甚至會引起煤層自然發(fā)火，此時可將回采巷道沿煤層的穩(wěn)定層掘進 (穩(wěn)定層可為厚煤層的穩(wěn)定矸石層或較堅硬的煤層分層或煤層頂板)，即將工作面運輸巷、回風巷、開切眼均沿穩(wěn)定層布置，形成在工作面長度方向和推進方向的雙向“凹字型”布置方式［16］，在工作面長度方向，上下巷及工作面兩端頭位于穩(wěn)定層，工作面中間大部分沿煤層底板布置，變坡段連接工作面長度方向上下三段(圖2(a));在工作面推進方向，開切眼與終采線處的設備回撤通道位于穩(wěn)定層，工作面正常推進期間沿煤層底板布置，以θ=15°變坡角連接工作面推進方向的上下三段(圖2(b))。該布置方式巷道的頂板較完整堅硬，有利于巷道掘進與支護;巷道沿煤層穩(wěn)定層布置，由于煤層或巖層穩(wěn)定和工作面上下端頭采高低，有利于實現(xiàn)小煤柱或無煤柱護巷，減小區(qū)段煤柱損失;工作面上下巷和設備回撤通道比工作面正常回采段層位高，有利于工作面特別是其上隅角內的瓦斯排放。

表1 緩傾斜厚煤層專用排放瓦斯巷的布置方式

圖1 緩傾斜厚煤層專用工藝巷的布置方式

4 小煤柱或無煤柱巷道布置方式

煤炭資源在我國一次能源消費結構中占75%，而且煤炭是一種不可再生資源，因此，必須合理利用煤炭資源走可持續(xù)發(fā)展之路。實施小煤柱或無煤柱的巷道布置是實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的一項措施。

圖2 厚煤層雙向“凹字型”巷道布置

沿空留巷和沿空掘巷屬于區(qū)段無煤柱護巷技術，區(qū)段平巷沿采空區(qū)布置，能夠避開或減小支承應力對巷道的影響，提高采區(qū)采出率。沿空留巷不僅可減少區(qū)段煤柱的損失，而且可大量減少平巷的掘進工程量，但是巷道需要經常進行維修，故要求上區(qū)段結束回采后立即轉入下區(qū)段回采。沿空掘巷是區(qū)段平巷沿著已采工作面的采空區(qū)邊緣掘進，與沿空留巷相比，這種方法沒有減少區(qū)段平巷的掘進量，但是減少了巷道維修費用，而且對巷道支護要求也不太嚴格。這兩種巷道布置的方式在回采的過程中均向采空區(qū)漏風，易引起煤層發(fā)火，故適用于不易自燃的煤層［17］。

錯層位布置［18］是將工作面的運輸巷和回風巷分別布置在厚煤層的不同層位，見圖3。

圖3 緩傾斜厚煤層錯層位巷道布置方式

當煤層傾角較小時，區(qū)段運輸巷沿煤層底板，回風巷沿煤層頂板布置，下工作面的運輸巷布置在上工作面回風巷之下的三角煤柱中。當煤層傾角較大時，回風巷沿底板布置，運輸巷沿頂板布置，下工作面的回風巷布置在上工作面運輸巷之下的三角煤柱中。該布置方式消除了區(qū)段煤柱，只是留下少量的三角煤柱，提高了采出率，但是對于三角煤柱中布置的巷道，其巷道支護有一定的要求，對于實施錨桿支護技術有一定的困難。

5 結論

我國緩傾斜厚煤層綜放回采巷道主要的布置方式是沿煤層底板兩巷式布置，其通風方式是U型通風系統(tǒng)，在能滿足礦井安全高效回采的前提下，盡量的應用該布置方式。但在特定條件下，為解決各類問題在此基礎上演變出處理多種巷道布置方式，現(xiàn)總結如下:

(1)解決瓦斯超限問題，增加1條專用瓦斯巷的布置方式有:U+L外錯型、U+L內錯型、U +I型、J(或h或Y)型、“呂”字型、W型、B (E)型等;增加多條專用瓦斯巷的布置方式有:雙U型、U+L+高抽巷、J+E型等。

(2)“兩硬”條件下，厚煤層綜放回采巷道布置方式主要是沿煤層頂板掘進工藝巷，工藝巷可以根據工作面長度布置1條或2條。

(3)松軟破碎厚煤層綜放回采巷道布置方式主要是雙向“凹字型”布置，但該布置方式在礦山應用較少。

(4)小煤柱或無煤柱巷道布置方式有:沿空留巷、沿空掘巷和錯層位布置等。

本文分析了緩傾斜厚煤層綜放回采巷道各種布置方式的優(yōu)缺點及其適用條件，為煤礦選擇合理的布置方式，促進安全高效回采提供一些依據，具有一定的指導意義。

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