李文明

（山西焦煤集團(tuán)投資有限公司，山西　太原　030021）

非常規(guī)通風(fēng)系統(tǒng)采煤工作面的瓦斯綜合治理

李文明

（山西焦煤集團(tuán)投資有限公司，山西太原030021）

摘要合理、穩(wěn)定、可靠的采煤工作面通風(fēng)系統(tǒng)是煤礦安全生產(chǎn)的基礎(chǔ)保障。采煤工作面通風(fēng)系統(tǒng)的選擇應(yīng)在初步設(shè)計(jì)中明確，但由于地質(zhì)條件或相關(guān)規(guī)定，采煤工作面的通風(fēng)系統(tǒng)需變更時(shí)要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整。以西山煤電集團(tuán)鎮(zhèn)城底礦22606工作面為例，分析了22606工作面瓦斯涌出及通風(fēng)系統(tǒng)的選擇，介紹了非常規(guī)通風(fēng)系統(tǒng)工作面治理的輔助措施及治理效果。

關(guān)鍵詞非常規(guī)；通風(fēng)；采煤工作面；瓦斯；治理

采煤工作面通風(fēng)系統(tǒng)是礦井安全生產(chǎn)的基礎(chǔ)保障，合理、穩(wěn)定、可靠的通風(fēng)系統(tǒng)是安全生產(chǎn)的前提，因此，合理選擇采煤工作面的通風(fēng)系統(tǒng)尤為重要，各種類型的通風(fēng)系統(tǒng)具有不同的適用條件，對(duì)瓦斯礦井U型通風(fēng)系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、巷道施工維修量小、工作面漏風(fēng)小、風(fēng)流穩(wěn)定易管理的特點(diǎn)，在遇地質(zhì)條件復(fù)雜、瓦斯涌出增大或采煤工作面巷道變更時(shí)，需要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)巷道布置情況選擇適宜的通風(fēng)系統(tǒng)，才能有效控制采煤過(guò)程中瓦斯的涌出，保證采煤工作面的安全生產(chǎn)。

1　礦井概況

西山煤電集團(tuán)公司鎮(zhèn)城底礦位于西山煤田西北隅，礦井井田南北長(zhǎng)約5．6 km，東西寬約5．9 km，井田面積23．84 km2。1983年1月建礦，于1986年11月20日正式投產(chǎn)。礦井設(shè)計(jì)能力為150萬(wàn)t／a，經(jīng)過(guò)對(duì)生產(chǎn)環(huán)節(jié)的改造，現(xiàn)核定生產(chǎn)能力為190萬(wàn)t／a，礦井采用斜井、立井綜合開(kāi)拓方式，目前開(kāi)采2．3＃合并煤層、8＃煤層，鎮(zhèn)城底礦歷年被鑒定為瓦斯礦井，井下分4個(gè)采區(qū)。采煤方法為傾斜長(zhǎng)壁后退式綜合機(jī)械化采煤，是一座現(xiàn)代化礦井。

22606工作面位于南六采區(qū)南翼，北為采區(qū)巷道，南西鄰礦界，北西、南東均為未采區(qū)。22606工作面所采煤層為2．3＃煤，煤層整體呈向斜構(gòu)造形態(tài)，煤層穩(wěn)定，兩翼傾角為2°～11°，平均7°，煤層結(jié)構(gòu)為1．79（0．45）0．44 m，結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，厚度為2．38～2．95 m，平均2．68 m。煤質(zhì)為肥煤，容重1．37 t／m3，煤塵具有爆炸性，屬易自燃發(fā)火煤層。22606工作面頂板為灰色中砂巖，直接底為厚深灰色粉砂巖，老底為厚灰色粉砂巖。22606工作面采長(zhǎng)252 m，走向長(zhǎng)度2 215 m，工業(yè)儲(chǔ)量205萬(wàn)t，推進(jìn)長(zhǎng)度2185 m，工作面采高2．3 m，可采儲(chǔ)量202萬(wàn)t。

2　問(wèn)題的提出

22606工作面是南六采區(qū)南翼的首采面，采區(qū)開(kāi)拓送巷瓦斯涌出量呈增加趨勢(shì)，采煤工作面預(yù)計(jì)瓦斯涌出量為10．2 m3／min。22606工作面最初設(shè)計(jì)不采用“U型”、“W型”等常規(guī)的通風(fēng)系統(tǒng)而采用公司傳統(tǒng)治理瓦斯的“U＋L”通風(fēng)系統(tǒng)，即軌道巷進(jìn)風(fēng)，運(yùn)輸巷、中間巷回風(fēng)。巷道布置見(jiàn)圖1。22606工作面的3條順槽均采用錨網(wǎng)支護(hù)，巷道凈斷面為12．8 m2。工作面巷道掘進(jìn)施工完成后，為貫徹《煤礦安全規(guī)程》的要求，須對(duì)采煤工作面的通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行變更。

圖1　22606工作面巷道布置圖

3　22606工作面瓦斯涌出分析及通風(fēng)系統(tǒng)選擇

22606工作面所在的南六采區(qū)瓦斯涌出相對(duì)較大，掘進(jìn)送巷期間瓦斯絕對(duì)涌出量為1．0～1．6 m3／min。工作面周邊、上下鄰近煤層無(wú)采掘活動(dòng)，圍巖為砂巖，煤層埋藏深，因此，煤層內(nèi)絕大部分瓦斯都吸附在煤體內(nèi)，難以釋放。22606工作面瓦斯來(lái)源有：工作面落煤涌出的瓦斯、工作面煤壁及順槽煤壁逸散的瓦斯、工作面采空區(qū)遺煤及上面的薄煤層釋放的瓦斯、本煤層的圍巖（圍巖、鄰近層、采區(qū)的煤柱）以及地質(zhì)構(gòu)造的特殊地段涌出的瓦斯，在回采過(guò)程中均涌入回采工作面的生產(chǎn)空間。

圖2　三種通風(fēng)系統(tǒng)工作面、采空區(qū)風(fēng)流瓦斯流向圖

通風(fēng)系統(tǒng)的選擇須根據(jù)采煤工作面的瓦斯涌出、采空區(qū)的漏風(fēng)等因素進(jìn)行考慮，主要通風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的負(fù)壓是作用于采煤工作面風(fēng)流的動(dòng)力，風(fēng)流總是從風(fēng)壓大處流向風(fēng)壓小處。對(duì)于后退式采煤的工作面新鮮風(fēng)流一部分沿采煤工作面的作業(yè)空間流動(dòng)，一部分作為漏風(fēng)進(jìn)入采空區(qū)，工作面的風(fēng)流及采空區(qū)大部分漏風(fēng)最后匯合到工作面回風(fēng)巷進(jìn)入采區(qū)回風(fēng)巷、主要回風(fēng)巷經(jīng)風(fēng)井排出地面，根據(jù)工作面巷道的布置情況，22606工作面的通風(fēng)系統(tǒng)可采用一進(jìn)兩回（軌道巷進(jìn)風(fēng)、運(yùn)輸巷和中間巷回風(fēng)）、兩進(jìn)一回（軌道、運(yùn)輸巷進(jìn)風(fēng)、中間巷回風(fēng)或軌道巷、中間巷進(jìn)風(fēng)，皮帶巷回風(fēng)）。三種通風(fēng)系統(tǒng)的工作面、采空區(qū)風(fēng)流見(jiàn)圖2，對(duì)三種通風(fēng)系統(tǒng)分析比較如下：

1）一進(jìn)兩回：采空區(qū)漏風(fēng)擴(kuò)散的跨徑大，采空區(qū)漏風(fēng)帶出的瓦斯量也相應(yīng)增大，工作面（中間巷與運(yùn)輸巷段）處在采空區(qū)逸出的瓦斯范圍內(nèi)，導(dǎo)致中間巷回風(fēng)的瓦斯?jié)舛葹?．54%，運(yùn)輸巷回風(fēng)的瓦斯?jié)舛葹?．56%，工作面（中間巷與運(yùn)輸巷段）瓦斯?jié)舛仍?．8%～1．1%。

2）兩進(jìn)一回（軌道巷、皮帶巷進(jìn)風(fēng)，中間巷回風(fēng)）：由于采空區(qū)漏風(fēng)擴(kuò)散的跨徑較小，采空區(qū)漏風(fēng)帶出的瓦斯量小，但皮帶巷運(yùn)輸煤逸散的瓦斯隨風(fēng)流進(jìn)入工作面，增大了回風(fēng)的瓦斯?jié)舛?，中間巷回風(fēng)的瓦斯?jié)舛冉?jīng)常在0．5%以上，中間巷正對(duì)的回風(fēng)隅角由于工作面的采機(jī)、液壓支架的移動(dòng)使通風(fēng)阻力變化而導(dǎo)致中間巷回風(fēng)隅角范圍無(wú)規(guī)律的移動(dòng)變化，增加了瓦斯管理的難度。

3）兩進(jìn)一回（軌道巷、中間巷進(jìn)風(fēng)，皮帶巷回風(fēng)）：由于中間巷進(jìn)風(fēng)，降低了工作面軌道巷與中間巷兩點(diǎn)間的氣壓差，采空區(qū)漏風(fēng)所攜帶的瓦斯得到有效的控制，也保證了中間巷進(jìn)行瓦斯抽放等作業(yè)點(diǎn)處于新鮮風(fēng)流中。避免了工作面（中間巷與運(yùn)輸巷段）、中間巷的瓦斯?jié)舛却蠛椭虚g巷回風(fēng)隅角范圍不穩(wěn)定的問(wèn)題。

根據(jù)對(duì)上述通風(fēng)系統(tǒng)對(duì)比分析及現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行情況，采用軌道巷、中間巷進(jìn)風(fēng)，皮帶巷回風(fēng)的兩進(jìn)一回通風(fēng)系統(tǒng)比較合理、可靠。

各通風(fēng)系統(tǒng)的通風(fēng)瓦斯情況見(jiàn)表1。

表1　22606采煤工作面三種通風(fēng)方式的通風(fēng)、瓦斯參數(shù)情況表

4　非常規(guī)通風(fēng)系統(tǒng)工作面瓦斯治理的輔助措施

采用兩進(jìn)一回非常規(guī)的通風(fēng)系統(tǒng)能夠解決工作面及回風(fēng)瓦斯?jié)舛雀吆统薜膯?wèn)題，由于工作面風(fēng)流、采空區(qū)漏風(fēng)的因素，兩進(jìn)一回與普通“U型”的通風(fēng)系統(tǒng)均存在上隅角通風(fēng)死角和瓦斯聚集的問(wèn)題，是通風(fēng)管理重點(diǎn)和難點(diǎn)，無(wú)法保證工作面高產(chǎn)高效，因此，必須采取有針對(duì)性的輔助措施來(lái)進(jìn)行綜合治理．

4．1瓦斯分源抽放

在井下南六采區(qū)22606工作面附近設(shè)置抽放硐室，內(nèi)設(shè)2套瓦斯抽放系統(tǒng)，在中間巷布置瓦斯抽放管，高負(fù)壓小流量抽放系統(tǒng)采用2臺(tái)BJW44YJ水環(huán)式真空泵，電機(jī)功率為75 kW，采區(qū)、中間巷布置DN200抽放管。低負(fù)壓大流量系統(tǒng)采用2臺(tái)2BEC50型水環(huán)式真空泵，電機(jī)功率為260 kW，采區(qū)和中間巷布置DN250抽放管。2套抽放系統(tǒng)均配有高低瓦斯傳感器、斷電儀、供水傳感器、流量計(jì)及放水器等附屬設(shè)施。采用ZDY4000S型全液壓坑道鉆機(jī)施工孔徑為94 mm的鉆孔，用聚氨脂封孔，封孔長(zhǎng)度為6 m。

4．2本煤層、高位鉆孔和低位鉆孔進(jìn)行瓦斯抽放

本煤層鉆孔在中間巷向工作面（長(zhǎng)端）施工，鉆孔孔深180 m，孔間距5 m；高位鉆孔在煤層頂板、中間巷兩煤幫開(kāi)孔，終孔布置在采面頂板垂高35～40 m、水平距中間巷30～80 m范圍內(nèi)，在中間巷每50 m設(shè)置1個(gè)鉆場(chǎng)，每組5～6個(gè)鉆孔，孔深100～130 m，終孔水平間距20 m；低位鉆孔在中間巷在兩幫向采煤工作面頂板裂隙帶打平行孔，鉆場(chǎng)間距為9 m，每組3個(gè)鉆孔，孔深27 m，終孔位置在采煤工作面頂板冒落帶，以及高位鉆孔隨著采煤工作面的推進(jìn)，鉆孔的有效終孔位置移至采空區(qū)的冒落帶內(nèi)形成的低位鉆孔。本煤層鉆孔和高位鉆孔的抽放特點(diǎn)均是抽放負(fù)壓高、流量小、瓦斯?jié)舛雀?，接入小流量高?fù)壓系統(tǒng)中，抽放濃度在30%～50%，流量為14～20 m3／min。低位鉆孔是抽放負(fù)壓低、流量大、瓦斯?jié)舛鹊停尤氪罅髁康拓?fù)壓系統(tǒng)中鉆孔的抽放濃度在3%～5%，流量為38～45 m3／min。

4．3減小采空區(qū)漏風(fēng)

在工作面軌道、運(yùn)輸巷的端頭切頂線后，隨工作面推進(jìn)每5 m，用編織袋裝煤碴砌成墻垛，與頂、幫接實(shí)，噴灑聚氨脂，減小進(jìn)、回風(fēng)巷端頭的采空區(qū)漏風(fēng)跨徑和漏風(fēng)量，也能有效防止煤炭自燃發(fā)火。

4．4加強(qiáng)采區(qū)通風(fēng)設(shè)施的管理

提高通風(fēng)設(shè)施的施工質(zhì)量和風(fēng)門聯(lián)鎖等標(biāo)準(zhǔn)化管理，縮短通風(fēng)設(shè)施檢查、維護(hù)的周期，確保采區(qū)通風(fēng)系統(tǒng)的可靠性、安全性和礦井的防災(zāi)抗災(zāi)能力。

5　效果分析

1）22606工作面采用非常規(guī)通風(fēng)系統(tǒng)，回風(fēng)巷的瓦斯?jié)舛饶芸刂圃?．40%以下，上隅角瓦斯?jié)舛瓤刂圃?．8%以下，有效解決了采煤工作面的瓦斯問(wèn)題，工作面原煤日產(chǎn)達(dá)4 200 t，生產(chǎn)效率也得到提高。

2）提高了煤炭資源回收率，將原設(shè)計(jì)中皮帶巷與中間巷間不可回收的煤柱完全回收，增加了近36萬(wàn)t產(chǎn)量。

3）采煤工作面采用多巷道通風(fēng)，降低了通風(fēng)風(fēng)阻和通風(fēng)費(fèi)用，提高了礦井的通風(fēng)能力。

6　結(jié)束語(yǔ)

1）兩進(jìn)一回非常規(guī)通風(fēng)系統(tǒng)為礦井超長(zhǎng)、需中途變更的采煤工作面通風(fēng)系統(tǒng)的選擇，提供了一種新的思路和借鑒的經(jīng)驗(yàn)。

2）加強(qiáng)抽放系統(tǒng)的管理。嚴(yán)密監(jiān)測(cè)高位鉆孔隨工作面推進(jìn)，鉆孔的終孔位置、抽放濃度的變化，發(fā)現(xiàn)抽放濃度降低流量增大時(shí)須立即將鉆孔改接到大流量低負(fù)壓的系統(tǒng)中，確保抽放瓦斯的效果。進(jìn)一步推廣地面永久瓦斯抽放系統(tǒng)、分源抽放的方法，確保礦井生產(chǎn)過(guò)程的抽放效果及穩(wěn)定運(yùn)行。

3）改進(jìn)抽放、封孔工藝。大力推廣大直徑鉆孔、抽放管路，降低抽放系統(tǒng)的工作阻力，提高抽放鉆孔的封孔質(zhì)量，避免由漏氣造成的鉆孔報(bào)廢，以提高瓦斯抽放效果。

4）合理安排礦井采、掘、抽生產(chǎn)銜接，必須充分考慮通風(fēng)系統(tǒng)和瓦斯的預(yù)抽，把采面的預(yù)抽和鉆孔施工安排在采煤工作面?zhèn)溆闷陂g，避免采煤工作面生產(chǎn)與中間巷道內(nèi)鉆孔施工等平行作業(yè)，不僅能提高瓦斯抽放效果，也能利用本煤層的鉆孔進(jìn)行煤體注水，提高鉆孔的利用率。降低通風(fēng)瓦斯管理難度，提高采煤工作面生產(chǎn)安全系數(shù)。

5）預(yù)測(cè)瓦斯絕對(duì)涌出量大于3 m3／min的采煤工作面，須結(jié)合抽放的方法解決采煤工作面瓦斯問(wèn)題。

參考文獻(xiàn)

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［3］何國(guó)益．礦井瓦斯治理實(shí)用技術(shù)［M］．北京：煤炭工業(yè)出版社，2011：50－52．

The Gas Integrate Govern of Unconventional Ventilation System in Coal Mining Face

中圖分類號(hào)：TD712

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1672－0652（2014）01－0010－04

收稿日期：2013－11－06

作者簡(jiǎn)介：李文明（1972—），男，山西左云人，1996年畢業(yè)于山東礦業(yè)學(xué)院，工程師，主要從事煤礦通風(fēng)管理工作（E－mail）498528678＠qq．com

Li Wen－ming

AbstractReasonable，stable and reliable ventilation system is the basis of coalface safety．So the selection of ventilation system must be clear in preliminary design，but due to geological conditions or related provides，it should be adjusted according to the actual situation．Takes 22606 coalface of Xishan coal and electricity group Zhenchengdi coal mine for example，analyzes the selection of ventilation system and gas emission situation in 22606 face，introduces the auxiliary measure of unconventional ventilation system for gas and governance effect．

Key wordsUnconventional；Ventilation；Coal mining face；Gas；Govern