切頂卸壓沿空留巷開(kāi)采工作面W型通風(fēng)技術(shù)研究

袁建紅

(霍州煤電集團(tuán)呂梁山煤電有限公司，山西省呂梁市，033102)

沿空留巷接續(xù)工作面形成后，所留沿空留巷將承擔(dān)接續(xù)工作面進(jìn)風(fēng)或回風(fēng)任務(wù)，回采工作面與接續(xù)工作面之間形成局部通風(fēng)系統(tǒng)，此時(shí)局部通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)量大小及通風(fēng)方式將會(huì)影響采空區(qū)內(nèi)的環(huán)境狀況[1-2]。資料顯示，許多重大事故的發(fā)生與采空區(qū)有關(guān)，煤礦采空區(qū)的災(zāi)害形式主要有遺煤自燃和瓦斯超限引發(fā)的瓦斯事故[3-4]，從理論研究和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐來(lái)看，采取合理的通風(fēng)方式是解決采空區(qū)兩大災(zāi)害的有效途徑。

1 工作面概況

店坪煤礦204工作面位于830 m水平二采區(qū)左翼，工作面東為井田邊界，西為830 m系統(tǒng)大巷，南為實(shí)體煤，北與9-202工作面相鄰(已回采)。工作面上部主要可采煤層為5#煤層，5#煤層距9#煤層64～69 m，9-204工作面上部5#煤層未開(kāi)采，不受上部采空區(qū)積水威脅。

礦井瓦斯絕對(duì)涌出量為2.45 m3/min，相對(duì)涌出量為0.76 m3/t。煤塵具有爆炸危險(xiǎn)性，爆炸指數(shù)為19.79%，煤層屬于Ⅱ級(jí)自燃煤層，自燃發(fā)火期為80 d。

204回采工作面采用切頂卸壓自成巷無(wú)煤柱開(kāi)采新技術(shù)進(jìn)行施工。

2 切頂卸壓沿空留巷W型通風(fēng)技術(shù)研究

2.1 W型通風(fēng)方式確定

根據(jù)工作面切頂卸壓沿空留巷技術(shù)施工，在工作面正常推進(jìn)過(guò)程中，沿工作面采空區(qū)將會(huì)預(yù)留一條巷道，為下一個(gè)工作面回采工作進(jìn)行服務(wù)，這將導(dǎo)致工作面由原來(lái)的一進(jìn)一回的U型通風(fēng)方式轉(zhuǎn)變?yōu)橐贿M(jìn)多回或多進(jìn)一回的通風(fēng)方式，常用的通風(fēng)方式有W型和Y型，因采區(qū)巷道采用集中布置方式，工作面無(wú)法采用Y型通風(fēng)方式。根據(jù)工作面瓦斯涌出情況，當(dāng)采用兩進(jìn)一回W型通風(fēng)方式時(shí)，工作面風(fēng)量調(diào)整簡(jiǎn)易，且回風(fēng)隅角處于開(kāi)放狀態(tài)，不易積聚瓦斯；當(dāng)采用一進(jìn)兩回W型通風(fēng)方式時(shí)，回采工作面易出現(xiàn)風(fēng)流從采空區(qū)經(jīng)過(guò)后又進(jìn)入備用工作面的現(xiàn)象，造成備用工作面串聯(lián)通風(fēng)，工作條件惡化。因此，204工作面采用切頂卸壓沿空留巷技術(shù)時(shí)工作面通風(fēng)方式宜采用兩進(jìn)一回W型通風(fēng)方式。

W型通風(fēng)方式的考察主要根據(jù)采空區(qū)束管監(jiān)測(cè)及采空區(qū)漏風(fēng)情況分析，包括對(duì)切頂卸壓無(wú)煤柱回采工作面、回風(fēng)隅角及采空區(qū)有毒有害氣體監(jiān)測(cè)，并進(jìn)行預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)；采用束管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)采空區(qū)(沿空留巷段)氣體，并進(jìn)行氣體樣本分析；對(duì)兩進(jìn)一回巷道進(jìn)行測(cè)風(fēng)及檢測(cè)通風(fēng)壓力，驗(yàn)算采空區(qū)漏風(fēng)風(fēng)量。

采用兩進(jìn)一回的W型通風(fēng)方式，當(dāng)兩條進(jìn)風(fēng)巷風(fēng)量比例分別為1∶1、2∶3、1∶2條件下，工作面兩端壓差分別為23.5 Pa、22.3 Pa、20.5 Pa，工作面向采空區(qū)的漏風(fēng)量分別為0.135 m3/s、0.145 m3/s、0.115 m3/s。通過(guò)對(duì)比發(fā)現(xiàn)204回采工作面采用兩條進(jìn)風(fēng)巷風(fēng)量比例為1∶2的W型通風(fēng)方式時(shí)，工作面向采空區(qū)的漏風(fēng)量最少，工作面兩端的壓差較小，而工作面向采空區(qū)的漏風(fēng)是引起采空區(qū)煤炭自燃的主要因素之一，因此，204工作面采用W型通風(fēng)方式可以有效降低采空區(qū)煤炭自燃的危險(xiǎn)性，有助于解決采空區(qū)煤炭自燃問(wèn)題。

采空區(qū)自燃“三帶”的劃分是防范采空區(qū)自燃的重要基礎(chǔ)。合理地確定采空區(qū)自燃“三帶”的范圍對(duì)于預(yù)防采空區(qū)的自然發(fā)火及保障工作面的安全生產(chǎn)具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義[5, 6]。目前店坪煤礦根據(jù)氧氣濃度來(lái)劃分采空區(qū)“三帶”，散熱帶內(nèi)由于漏風(fēng)充分，其氧氣濃度偏高，常取大于18%；氧化帶內(nèi)的氧氣濃度為7%～18%；窒息帶的氧氣濃度小于7%。通過(guò)采集采空區(qū)各部位的氣體氣樣進(jìn)行氣體分析，可以比較真實(shí)地代表各個(gè)區(qū)域的氣體成分。店坪煤礦204工作面目前已經(jīng)布置并鋪設(shè)了束管管纜等設(shè)施，建立了束管采樣系統(tǒng)。束管采樣系統(tǒng)由束管管纜、真空泵、無(wú)縫鋼管以及采樣探頭等組成。地面自動(dòng)控制與分析系統(tǒng)型號(hào)為KSS-200地面色譜束管火災(zāi)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，可以連續(xù)監(jiān)測(cè)各個(gè)區(qū)域的氧氣濃度變化，方法比較簡(jiǎn)便易行，而且較為合理可靠，故采用按氧氣濃度的分布來(lái)劃分“三帶”位置。采樣器的布置采用工作面兩巷預(yù)埋采樣探頭的方法。工作面沿空留巷內(nèi)每隔50 m設(shè)置2趟束管線路，束管探頭通過(guò)套管埋入采空區(qū)，2趟束管采樣頭間隔25 m，工作面正巷預(yù)埋1趟束管，埋入采空區(qū)30 m，監(jiān)測(cè)正巷工作面采空區(qū)內(nèi)氧氣濃度變化。工作面及采空區(qū)束管安設(shè)示意圖見(jiàn)圖1。

圖1 工作面及采空區(qū)束管安設(shè)示意圖

204工作面累計(jì)推進(jìn)260 m，根據(jù)工作面束管探頭監(jiān)測(cè)相關(guān)數(shù)據(jù)，隨著工作面正常推進(jìn)，留巷內(nèi)采空區(qū)逐步垮落充分，采空區(qū)內(nèi)漏風(fēng)風(fēng)量逐漸減少，各測(cè)點(diǎn)氧氣濃度逐漸降低，監(jiān)測(cè)結(jié)果見(jiàn)表1。根據(jù)表1中監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，繪制沿空留巷工作面W型通風(fēng)采空區(qū)“三帶”劃分，如圖2所示。

U型通風(fēng)方式下采空區(qū)“三帶”劃分示意圖見(jiàn)圖3。對(duì)比U型通風(fēng)方式下采空區(qū)“三帶”變化范圍可以看出，在W型通風(fēng)方式下沿空留巷工作面采空區(qū)內(nèi)，工作面氧化帶和散熱帶范圍有明顯降低，采用W型通風(fēng)方式可以大大降低工作面出現(xiàn)自然發(fā)火現(xiàn)象的概率。

表1 各測(cè)點(diǎn)氧氣濃度監(jiān)測(cè)結(jié)果

圖2 沿空留巷工作面W型通風(fēng)采空區(qū)“三帶”劃分示意圖

圖3 U型通風(fēng)方式下采空區(qū)“三帶”劃分示意圖

2.2 實(shí)施效果

204回采工作面采用W型兩進(jìn)一回通風(fēng)方式有效地減少了采空區(qū)漏風(fēng)，窒息帶明顯增加，氧化帶明顯降低，有利于瓦斯等有毒有害氣體管理及防滅火管理。W型通風(fēng)方式可以減少回風(fēng)隅角瓦斯積聚，縮小采空區(qū)“三帶”范圍，降低回風(fēng)隅角及回風(fēng)流中的CO濃度，降低了回風(fēng)隅角瓦斯積聚等情況，便于安全管理，杜絕了重大事故發(fā)生。

3 結(jié)論

204工作面使用W型通風(fēng)方式后，受工作面兩端均壓作用，工作面兩端的壓差比較小，工作面向采空區(qū)的漏風(fēng)范圍較窄，自然發(fā)火帶更接近工作面，自然發(fā)火帶的寬度變窄，可以有效防止采空區(qū)煤炭自燃，起到均壓防滅火的效果。另外，采用W型通風(fēng)方式可以有效解決上隅角瓦斯超限問(wèn)題，能減小采空區(qū)瓦斯爆炸界限的寬度，有效防止采空區(qū)瓦斯爆炸事故，能取得顯著的安全、經(jīng)濟(jì)效益。