U 型通風系統(tǒng)綜采工作面上隅角瓦斯治理技術

顧嵇毓 楊志勇

（1.中檢集團公信安全科技有限公司，山東 棗莊 277500；2.國源礦業(yè)開發(fā)有限責任公司龍王溝煤礦，內蒙古 鄂爾多斯 017000）

1 概述

永明煤礦5202 工作面位于5 號煤西回風大巷北翼，南鄰5 煤西回風大巷保護煤柱線，北鄰502盤區(qū)煤層沖蝕區(qū)，東鄰5201 工作面采空區(qū)，西鄰5203 工作面回風巷（未準備）。

5202 工作面標高+1061～ +1067 m，地面標高+1150～ +1210 m，工作面走向長度473 m，傾斜長度193.3 m，面積為91 431 m2。該工作面總體構造形態(tài)為一西向緩傾斜的單斜構造，煤層傾角1°～3°，煤層厚度在1.1～1.2 m 之間，均厚1.15 m，厚度穩(wěn)定，含夾矸2～4 層，一般2 層，結構較復雜，為可采的穩(wěn)定煤層，煤層硬度為f=2.1。

永明煤礦絕對瓦斯涌出量為0.67 m3/min，相對瓦斯涌出量為4.43 m3/t，屬低瓦斯礦井。根據(jù)陜西煤礦安全裝備檢測中心關于該礦煤層煤塵爆炸性、煤自燃傾向性報告，煤層火焰長度大于400 mm，抑制煤塵爆炸最低巖粉用量大于90%，煤塵具有爆炸危險性。工作面在回采前期多次出現(xiàn)上隅角瓦斯超限現(xiàn)象，致使工作面斷電3 次，被迫停產(chǎn)4.5 d，嚴重制約著工作面安全高效回采。

2 工作面上隅角瓦斯積聚原因分析

（1）5202 工作面采用U 型通風系統(tǒng)，工作面配風量為365 m3/min，工作面回采期間新鮮風流由運輸順槽進入工作面，污風由回風順槽流入采區(qū)回風巷。在風壓作用下，工作面通風過程中局部風流沿下隅角以及支架間隙流入采空區(qū)內，采空區(qū)內風流將采空區(qū)瓦斯帶出，并在工作面上隅角匯集，從而導致上隅角瓦斯積聚，如圖1。

圖1 5202 工作面上隅角瓦斯積聚示意圖

（2）采用U 型通風系統(tǒng)時，上隅角風壓最小，工作面回采時產(chǎn)生的瓦斯在上隅角處出現(xiàn)斡旋現(xiàn)象，而且瓦斯體積小，一般分布在工作面頂板處，導致風流無法把上隅角瓦斯帶出，加上采空區(qū)瓦斯溢出，造成上隅角瓦斯積聚。

（3）5202 工作面地質構造復雜，工作面回采期間預計揭露14 條斷層，斷層平均落差為1.1 m，平均傾角為45°。受地質構造影響，工作面回采后采空區(qū)內遺煤量大，采空區(qū)內遺煤長期堆積釋放瓦斯，并在漏風流的作用下帶入上隅角，導致上隅角瓦斯超限。

3 上隅角瓦斯治理技術應用

為了有效解決5202 工作面上隅角瓦斯積聚現(xiàn)象，決定對工作面采取“沿空留巷抽排+煤柱孔帶抽”聯(lián)合瓦斯治理技術[1-5]。

3.1 沿空留巷抽排技術

（1）首先在5202 工作面回風順槽與5203 回風順槽每隔200 m 施工一個通風橫貫，通風橫貫長度為25 m，寬度為4.0 m，高度為3.5 m。橫貫內支護設計與5202 回風順槽支護設計相同。

（2）通風橫貫施工完后，在距橫貫與5203 回風順槽貫通口5.0 m 處施工兩道料石與混凝土砌筑的密閉墻，密閉墻體厚度為1.0 m。密閉墻砌筑期間必須保證墻體深入至巷道頂?shù)准皟蓭兔后w內0.5 m。

（3）兩道密閉墻施工完后，在兩道密閉墻距頂板1.0 m 處施工兩個直徑為50 mm 圓孔，孔間水平距為1.5 m。圓孔施工完后對孔內埋入兩根直徑為45 mm 抽采管。

（4）在通風橫貫與采空區(qū)之間施工一道彎曲料石隔離墻，隔離墻寬度為1.0 m，如圖2。隔離墻拐點距橫貫巷幫距離為1.0 m，隔離墻A 段垂直巷幫施工，隔離墻B 段與A 段成120°夾角布置，切墻體端頭距橫貫右?guī)途嚯x為1.7 m。隔離墻施工完后在墻體兩側施工護墻柱，柱體間距為0.8 m。

圖2 5202 工作面沿空留巷、密閉墻埋管平面示意圖

（5）隔離墻施工完后分別在橫貫以及5203 回風順槽內施工兩個木垛，木垛長度為1.2 m，寬度為0.8 m。木垛主要采用道木成“井”字形搭接而成，直至木垛與頂板接觸嚴實。

（6）當工作面推進后第一個貫通橫貫甩入采空區(qū)后及時對上隅角與橫貫之間進行沿空留巷，留巷寬度為1.5 m。沿空留巷采空區(qū)側采用堆柱支護頂板，堆柱間距為0.8 m，堆柱后在堆柱上鋪設鋼筋網(wǎng)以及水泥毯將采空區(qū)與沿空留巷隔斷。

（7）工作面在回采過程中當通風橫貫進入采空區(qū)10 m 后開始進行瓦斯預抽，當工作面推進至第二個通風橫貫后及時密閉第一個通風橫貫，并在第二個通風橫貫埋管進行瓦斯預抽。

3.2 煤柱孔帶抽

隨著工作面不斷推進，當?shù)谝粋€通風橫貫進入采空區(qū)150～200 m 處時，沿空巷長度增加，沿空巷內風壓降低風阻增大，導致沿空留巷抽排效果降低，上隅角瓦斯?jié)舛仍黾印Ｋ詾榱私鉀Q這一技術難題，決定施工煤柱孔進行帶抽。

（1）當?shù)谝粋€通風橫貫進入采空區(qū)150 m 后開始對上隅角進行煤柱孔帶抽施工。煤柱孔從5203回風順槽向5202 回風順槽施工，孔深為25 m，方位角為90°，傾角為-1°～2°。

（2）共計施工三組煤柱孔，每組10 孔，孔間距為1.0 m，孔直徑為50 mm。煤柱孔距頂板間距為1.5 m，相鄰兩組孔間距為10 m。

（3）鉆孔施工完畢后對上隅角進行負壓抽采。鉆孔瓦斯抽采期間應安排通風區(qū)負責煤柱孔日常管理，有塌孔、串孔現(xiàn)象時必須及時補打，并根據(jù)抽采現(xiàn)狀及時調整煤柱孔數(shù)量，達到集中抽采效果。

4 結語

5202 工作面對上隅角采取“沿空留巷抽排+煤柱孔帶抽”聯(lián)合瓦斯治理技術后，通過工作面后期回采3 個月實際應用效果來看，采取聯(lián)合措施后解決了工作面?zhèn)鹘y(tǒng)U 型通風系統(tǒng)導致上隅角瓦斯積聚、瓦斯治理難度大等技術難題。工作面后期回采期間上隅角瓦斯?jié)舛瓤刂圃?.2%～0.4%范圍，未出現(xiàn)因上隅角瓦斯超限導致工作面斷電現(xiàn)象，保證了工作面安全高效回采，取得了顯著成效。