沿空留巷工作面通風(fēng)技術(shù)研究

韓海軍

（山西省澤州縣能源局，山西 晉城 048000）

引言

沿空留巷技術(shù)由于未留設(shè)保護(hù)煤柱，不僅可減少巷道掘進(jìn)工程量、降低掘進(jìn)成本，而且在提高煤炭資源采收率方面有顯著的促進(jìn)意義[1-3]。采用沿空留巷技術(shù)將上個(gè)采面巷道保留下來(lái)作為后續(xù)接替采面進(jìn)風(fēng)、回風(fēng)巷使用，沿空留巷巷道通風(fēng)風(fēng)量以及選用的通風(fēng)方式會(huì)影響采空區(qū)內(nèi)氧氣濃度、溫度等環(huán)境參數(shù)[4-5]。根據(jù)已有資料顯示，礦井多數(shù)生產(chǎn)安全事故與采空區(qū)存在關(guān)聯(lián)，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐、理論研究成果均表明選用合理的通風(fēng)方式是降低礦井采空區(qū)災(zāi)害的主要途徑之一[6-8]。文中就以山西某礦15305 沿空留巷工作面為工程研究對(duì)象，對(duì)采取的通風(fēng)技術(shù)進(jìn)行分析，以期為其他礦井通風(fēng)工作開(kāi)展提供經(jīng)驗(yàn)借鑒。

1 工程概況

山西某礦15305 工作面位于南翼三采區(qū)，采面西為采區(qū)系統(tǒng)巷道，東側(cè)為采區(qū)保護(hù)煤柱，南側(cè)為實(shí)體煤，北側(cè)為鄰近的15303 采空區(qū)。15305 工作面回采15#煤層，上覆43m 為已回采完畢的9#煤層采空區(qū)，層間巖性以泥巖、砂質(zhì)泥巖以及粉砂巖為主，經(jīng)過(guò)前期勘察，上覆9#煤層采空區(qū)無(wú)積水，15305工作面回采期間不受上覆采空區(qū)積水影響。礦井采用中央并列式通風(fēng)，地面回風(fēng)井布置2 臺(tái)軸流式通風(fēng)機(jī)（型號(hào)FBCDZNo.22/250×2），2 臺(tái)通風(fēng)機(jī)型號(hào)、功率完全一樣，具體通風(fēng)機(jī)技術(shù)參數(shù)如表1 所示。按照各部位功能，可將主要通風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)劃分為擴(kuò)散器、工作葉片、集風(fēng)器、動(dòng)輪、流線體、機(jī)殼以及整流器等部分構(gòu)成。

表1 主要通風(fēng)機(jī)技術(shù)參數(shù)

15305 工作面設(shè)計(jì)推進(jìn)長(zhǎng)度1980m，采面斜長(zhǎng)220 m，回采的15#煤層厚度均值3.2m，傾角5°，煤層賦存穩(wěn)定。采用使用的綜采設(shè)備包括有：MG-500/1140-GWD 采煤機(jī)、SGZ-900/1050 刮板機(jī)、ZY8000/25/50 液壓支架等。15#煤層不具有爆炸危險(xiǎn)性，瓦斯原始含量為7.5m3/t，煤層自燃發(fā)火傾向性為II 類。15305 工作面采用切頂卸壓留巷技術(shù)將15303 工作面回風(fēng)巷保留下來(lái)作為采面運(yùn)輸巷（進(jìn)風(fēng)）使用，切頂卸壓留巷段圍巖采用錨網(wǎng)索支護(hù)工藝，具體支護(hù)斷面，如圖1 所示。

圖1 留巷段圍巖支護(hù)斷面（單位：mm）

2 采面通風(fēng)方式確定

2.1 通風(fēng)方式確定

15305 工作面采用切頂卸壓留巷，使得采面通風(fēng)由一進(jìn)一回（U 型）變?yōu)橐贿M(jìn)多回或者多進(jìn)一回方式。留巷工作面通風(fēng)方式包括有Y 型、W 型，由于采面所處采區(qū)巷道采用集中布置方式，因此留巷工作面不具備有Y 型通風(fēng)條件。根據(jù)采面回采期間瓦斯涌出情況分析，當(dāng)通風(fēng)采用兩進(jìn)一回方式時(shí)，采面通風(fēng)風(fēng)量便于調(diào)節(jié)，且回風(fēng)隅角處于開(kāi)放狀態(tài)，不會(huì)出現(xiàn)瓦斯集聚問(wèn)題；當(dāng)采用一進(jìn)兩回通風(fēng)方式時(shí)，回采工作面通風(fēng)風(fēng)流漏風(fēng)量較大，會(huì)導(dǎo)致采空區(qū)內(nèi)高濃度瓦斯外溢量增加且增大采空區(qū)內(nèi)遺煤自燃風(fēng)險(xiǎn)，惡化工作面生產(chǎn)條件。因此在15305 工作面采用切頂卸壓留巷時(shí)推薦使用兩進(jìn)一回W 型通風(fēng)方式。

2.2 兩進(jìn)一回通風(fēng)方式應(yīng)用考察

采用兩進(jìn)一回W 型通風(fēng)方式時(shí)采用束管對(duì)采空區(qū)漏風(fēng)情況以及有害氣體外溢情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)。在采面通風(fēng)時(shí)，兩條進(jìn)風(fēng)巷按照1∶1、1∶1.5、1∶2 配風(fēng)比例時(shí)，回采工作兩端風(fēng)壓壓差分別為24 Pa、22.5 Pa 以及20.6 Pa，采空區(qū)內(nèi)漏風(fēng)量分別為0.136 m3/s、0.144 m3/s、0.112 m3/s。采面回采時(shí)采空區(qū)漏風(fēng)與兩側(cè)風(fēng)壓差有關(guān)，而采空區(qū)漏風(fēng)是導(dǎo)致采空區(qū)遺煤自燃發(fā)火主要誘因，采面兩條進(jìn)風(fēng)巷按照1∶2 配風(fēng)時(shí)采面兩端風(fēng)壓差較小且漏風(fēng)量也最低，因此采面通風(fēng)時(shí)配風(fēng)按照1∶2 進(jìn)行。

掌握采空區(qū)內(nèi)自燃三帶分布情況，可便于指導(dǎo)后續(xù)防滅火工作開(kāi)展，對(duì)預(yù)防采空區(qū)遺煤自燃發(fā)火以及保障采面生產(chǎn)安全等方面具有重要指導(dǎo)作用。礦井采空區(qū)三帶劃分依靠氧氣濃度確定，氧氣濃度＞18%、介于18～7%、＜7%時(shí)分別為散熱帶、氧化帶以及窒息帶。依據(jù)礦井已有的束管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)采空區(qū)三帶進(jìn)行劃分，在采面留巷段間隔50 m 布置2趟束管監(jiān)測(cè)路線，2 趟束管監(jiān)測(cè)探頭間隔25 m、探頭埋入到采空區(qū)內(nèi)深度為30 m，以便實(shí)現(xiàn)采空區(qū)內(nèi)氧氣濃度監(jiān)測(cè)。具體采空區(qū)內(nèi)束管布置，如圖2 所示。

圖2 采面通風(fēng)及束管探頭布置示意圖

15305 工作面累積推進(jìn)約280 m，隨著采面推進(jìn)采空區(qū)頂板逐步垮落，采空區(qū)深度漏風(fēng)量呈降低趨勢(shì)，具體束管監(jiān)測(cè)得到的采空區(qū)氧氣濃度分布情況，如表2 所示。依據(jù)表2 監(jiān)測(cè)結(jié)果確定采面采空區(qū)三帶分布情況，具體如圖3-1 所示。

表2 束管監(jiān)測(cè)結(jié)果

礦井15#煤層其他采用U 通風(fēng)工作面的采空區(qū)三帶分布監(jiān)測(cè)情況如圖3-2 所示，對(duì)比圖3-1 及圖3-2 得出，切頂留巷工作面采用兩進(jìn)一回W 型通風(fēng)方式時(shí)，由于采空區(qū)內(nèi)漏風(fēng)量較小從而使得采空區(qū)內(nèi)氧化帶、散熱帶分布范圍有效減少，通過(guò)W 通風(fēng)可降低采空區(qū)內(nèi)遺煤自燃危險(xiǎn)性。

圖3 采面采空區(qū)三帶分布示意圖

2.3 現(xiàn)場(chǎng)通風(fēng)效果分析

15305 工作面用W 型通風(fēng)（兩進(jìn)一回）方式后，采面兩端風(fēng)壓較小，采空區(qū)漏風(fēng)量較小，采空區(qū)內(nèi)遺煤自燃發(fā)火危險(xiǎn)性較低，可提高采面安全生產(chǎn)保障能力；同時(shí)采面回風(fēng)隅角位置不會(huì)出現(xiàn)瓦斯集聚，可有效防止瓦斯集聚導(dǎo)致的瓦斯超限或者瓦斯爆炸等事故。

3 結(jié)語(yǔ)

1）15305 工作面采用切頂卸壓留巷技術(shù)，根據(jù)采面現(xiàn)場(chǎng)情況以及采區(qū)巷道布置，提出采用兩進(jìn)一回W 型通風(fēng)方式。對(duì)采面進(jìn)風(fēng)巷配風(fēng)情況進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)兩條進(jìn)風(fēng)巷按照1∶2 配風(fēng)時(shí)采面兩端風(fēng)壓差較小且采空區(qū)漏風(fēng)量較低，可有效抑制采空區(qū)內(nèi)遺煤自燃。

2）采用束管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)采面采用兩進(jìn)一回W型通風(fēng)方式時(shí)采空區(qū)自燃三帶分布情況進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)采空區(qū)內(nèi)氧化帶、散熱帶分布范圍明顯小于U型通風(fēng)，更有利于采空區(qū)內(nèi)遺煤自燃發(fā)火防治。

3）采用兩進(jìn)一回W 型通風(fēng)方式時(shí)，回風(fēng)隅角位置不會(huì)出現(xiàn)瓦斯集聚，從而有效降低采空區(qū)瓦斯外溢或者回風(fēng)隅角瓦斯集聚導(dǎo)致的瓦斯超限或者瓦斯爆炸等安全風(fēng)險(xiǎn)，可顯著提高礦井安全生產(chǎn)保障能力。