李博強

（山西新景礦煤業(yè)有限責(zé)任公司， 山西 陽泉 045000）

引言

新景公司井田位置在山西省陽泉市礦區(qū)西部，地理坐標(biāo)：東經(jīng) 113°21′10″-113°31′17″，北緯37°51′07″-37°56′31″。該礦井屬于高瓦斯突出礦井，礦井通風(fēng)采用分區(qū)式通風(fēng)系統(tǒng)，通風(fēng)方式為機械抽出式。由于井田面積大，礦井生產(chǎn)能力大，瓦斯涌出量大，礦井所需風(fēng)量大等特點，采用分區(qū)開拓?，F(xiàn)階段設(shè)計主采煤層有3、8、15號煤層。其中15號煤的煤層厚度3.94～8.21 m，平均為6.14 m。可采性指數(shù)Km=1，煤厚變異系數(shù)γ=15.53%，在全區(qū)內(nèi)均有分布，且厚度穩(wěn)定，全部可采，是本區(qū)的主要可采厚煤層。

15號煤綜放工作面采用放頂煤工藝回采，傳統(tǒng)的巷道布置方式為：布置一條進(jìn)風(fēng)巷、一條回風(fēng)巷、一條低位抽采巷、一條高抽巷，進(jìn)風(fēng)巷、回風(fēng)巷沿煤層底板掘進(jìn)，低位抽采巷沿15號煤頂板以上5～8 m掘進(jìn)，高抽巷布置在9號煤或11號煤層位，距15號煤頂板55～70 m。在15313工作面試用“W”形通風(fēng)系統(tǒng)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的“U”形通風(fēng)系統(tǒng)，解決工作面進(jìn)回風(fēng)巷兩端壓差大，采空區(qū)漏風(fēng)嚴(yán)重，自燃氧化帶寬度大的難題。

1 工作面概況

本工作面井下位于15號煤蘆南采區(qū)南翼東部，東為坡頭礦礦界，南為太舊高速公路保護(hù)煤柱，西為15314工作面（未掘），北為采區(qū)大巷（已掘）。本工作面上方3號煤層71107、71109工作面、8號煤層2104、2105工作面已采。井下標(biāo)高為364～430 m。煤（巖）層賦存特征見表1。工作面采用傾向長壁綜放的采煤方法進(jìn)行開采。

表1 煤（巖）層賦存特征

2“W”形通風(fēng)系統(tǒng)原理及技術(shù)優(yōu)勢

2.1“W”形通風(fēng)系統(tǒng)原理

W形通風(fēng)方式采煤工作面有三條平巷，即上、下平巷，中間平巷。采取上、下平巷進(jìn)風(fēng)或回風(fēng)，中間平巷回風(fēng)或進(jìn)風(fēng)的布置方式，即“兩進(jìn)一回”或“一進(jìn)兩回”通風(fēng)系統(tǒng)，如圖1、2所示。

圖1 “兩進(jìn)一回”通風(fēng)系統(tǒng)

圖2 “一進(jìn)兩回”通風(fēng)系統(tǒng)

從工業(yè)應(yīng)用角度看，對于高瓦斯礦井，一般采用“兩進(jìn)一回”“W”形通風(fēng)系統(tǒng)。

2.2“W”形通風(fēng)系統(tǒng)的技術(shù)優(yōu)勢

1）通風(fēng)網(wǎng)路屬并聯(lián)結(jié)構(gòu)，風(fēng)阻小，風(fēng)量大，有利于減小工作面通風(fēng)阻力，增加工作面配風(fēng)量，提高用風(fēng)效率，瓦斯治理能力強；

2）“W”形通風(fēng)系統(tǒng)采用兩條巷道進(jìn)風(fēng)，兩個進(jìn)風(fēng)隅角在新鮮風(fēng)流的影響下瓦斯?jié)舛然緸榱?，使傳統(tǒng)意義的上隅角消失，瓦斯積聚的可能性減小，能夠有效解決“U”形通風(fēng)方式上隅角瓦斯超限問題；

3）“W”形通風(fēng)系統(tǒng)的回風(fēng)巷為專用回風(fēng)巷，上、下端平巷進(jìn)風(fēng)，可將工作面的電氣設(shè)備和運輸設(shè)備均布置在進(jìn)風(fēng)流中，為回收和維修采煤設(shè)備創(chuàng)造了良好條件；

4）“W”形通風(fēng)方式進(jìn)回風(fēng)兩端壓差小，從而減少了工作面向采空區(qū)的漏風(fēng)，降低了采空區(qū)遺煤自燃氧化帶寬度，能夠起到均壓防滅火的作用；

5）工作面和采空區(qū)之間的風(fēng)壓差也隨之減小，漏風(fēng)掃過采空區(qū)的面積減小，攜帶瓦斯量減小，工作面處理瓦斯能力強，可適當(dāng)增加“W”形通風(fēng)系統(tǒng)工作面的切巷長度，提高資源利用率和回采效率。

3 傳統(tǒng)通風(fēng)系統(tǒng)現(xiàn)狀及存在的問題

新景公司當(dāng)前主采3號、8號、15號煤層，其中3號煤層為突出煤層，15號煤層屬II類自燃煤層。

3.1 傳統(tǒng)通風(fēng)系統(tǒng)現(xiàn)狀

15號煤層工作面通風(fēng)系統(tǒng)為“U”形通風(fēng)+低位抽采巷+高抽巷，進(jìn)風(fēng)巷作進(jìn)風(fēng)用，回風(fēng)巷作回風(fēng)用。

低位抽采巷布置在距煤層頂板5～8 m的巖層中，取代了原內(nèi)錯尾巷布置方式，主要用于解決上隅角瓦斯積聚問題，低位抽采巷與回風(fēng)巷的水平間距以15～20 m為宜。

15號煤上覆鄰近層較多，在煤層開采過程中，由于采動卸壓，上覆巖層鄰近層瓦斯通過采動裂隙涌向工作面，不利于回采期間的安全生產(chǎn)。為解決鄰近層瓦斯涌出問題，在煤層上覆巖層裂隙帶布置走向高抽巷。

高抽巷層位距15號煤的距離不得小于8.5倍采高為宜，走向高抽巷至工作面回風(fēng)巷的水平距離要根據(jù)層間距而定，一般應(yīng)為25 m～1/3工作面采長之內(nèi)，高抽巷距15號煤層越近，則應(yīng)越靠近工作面回風(fēng)巷。

走向高抽巷初次抽出瓦斯一般在工作面回采到距切巷28 m左右，大量抽出瓦斯在38 m左右。頂板走向高抽巷與后高抽巷（偽斜高抽巷）貫通，利用走向高抽巷進(jìn)行抽放來解決工作面初采期間的瓦斯涌出，大大縮短了高抽巷初次抽出瓦斯的距離，避免工作面初采期間瓦斯超限。15313綜放工作面布置方式如圖3所示。

3.2 傳統(tǒng)通風(fēng)系統(tǒng)主要存在的問題

1）綜放工作面遺留的采空區(qū)空間大、遺煤分布廣，加之工作面同時布置走向高抽巷和低位抽采巷抽采瓦斯，造成采空區(qū)漏風(fēng)嚴(yán)重，煤層容易出現(xiàn)自燃發(fā)火威脅工作面安全生產(chǎn)的問題；

2）工作面進(jìn)回風(fēng)兩端壓差大，采空區(qū)漏風(fēng)量和漏風(fēng)范圍大，使自燃氧化帶寬度也隨之增大，加劇了煤層自燃發(fā)火危險性；

3）由于420水平15號煤層按照防突管理，煤層瓦斯含量較大和工作面瓦斯涌出量較高?；夭蛇^程中，工作面配風(fēng)量必須要保證滿足排出瓦斯的作用，但增大風(fēng)量又會增加進(jìn)回風(fēng)壓差，增大采空區(qū)漏風(fēng)，導(dǎo)致目前出現(xiàn)“瓦斯治理”和“防滅火”相矛盾的難題，工作面配風(fēng)量的合理把握是當(dāng)前15號煤層通風(fēng)和防滅火工作的重中之重；

圖3 15313綜放工作面通風(fēng)系統(tǒng)圖

4）雖然目前15號煤層綜采放頂煤開采可以通過提高工作面回采速度、快采快閉、提高回采效率，使采空區(qū)遺煤在不超過自然發(fā)火期被甩入采空區(qū)深部，但要完全實現(xiàn)整個工作面快速推進(jìn)，單靠采煤設(shè)備及工藝基本不太可能，遇到地質(zhì)構(gòu)造等不確定因素導(dǎo)致工作面推進(jìn)緩慢甚至停產(chǎn)的情況也時有發(fā)生，使采空區(qū)遺煤長期處于氧化自燃帶內(nèi)，極易引起煤層自燃。

因此，如何最大程度上減少采空區(qū)漏風(fēng)，減小自燃氧化帶范圍是防滅火工作的關(guān)鍵。

4“W”形通風(fēng)系統(tǒng)可行性分析

通過對新景公司15號煤層采用的通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行分析，總結(jié)了當(dāng)前通風(fēng)系統(tǒng)的適應(yīng)性及存在的主要問題，并結(jié)合“兩進(jìn)一回”W形通風(fēng)系統(tǒng)的技術(shù)優(yōu)勢，對該通風(fēng)系統(tǒng)在15號煤層應(yīng)用的可行性分析如下：

15號煤層為II類自燃煤層，布置低位抽采巷解決上隅角瓦斯積聚問題，走向高抽巷用于解決鄰近層瓦斯涌出問題。由于綜放工藝采空區(qū)遺煤多，加之瓦斯抽采因素的影響，采空區(qū)漏風(fēng)量和漏風(fēng)范圍大，煤層自燃發(fā)火危險性嚴(yán)重。且出現(xiàn)加大通風(fēng)降低瓦斯和均壓防滅火相矛盾的被動局面，是當(dāng)前通風(fēng)工作的難點所在。

從通風(fēng)系統(tǒng)性能和煤層特性角度分析，新景公司各煤層中15號煤層最適宜采用“W”形通風(fēng)方式，該通風(fēng)系統(tǒng)可使工作面兩端的壓差減小，工作面向采空區(qū)的漏風(fēng)范圍較窄，自燃帶更接近工作面，自燃帶的寬度變窄，能有效防止采空區(qū)遺煤自燃，起到均壓防滅火的效果，且“W”形通風(fēng)方式可以有效解決上隅角瓦斯超限問題。

“W”形通風(fēng)突破了傳統(tǒng)“U”形通風(fēng)的“一源一匯”工作面的局限性，形成“多源一匯”工作面，既可增大工作面供風(fēng)量，同時又能減小工作面與采空區(qū)間的壓差，抑制采空區(qū)的漏風(fēng)，亦可抑制采空區(qū)瓦斯的涌出，具有“一舉多得”的效果。

結(jié)合新景公司15號煤層通風(fēng)系統(tǒng)現(xiàn)狀，建議采用偏“W”形通風(fēng)+高抽巷布置方式為宜?！癢”形通風(fēng)系統(tǒng)的中間回風(fēng)巷用以取代低位抽采巷布置。以

15313綜放工作面為例，通風(fēng)系統(tǒng)可改為圖4所示。

該通風(fēng)系統(tǒng)為：軌道巷和皮帶巷同時兼作進(jìn)風(fēng)巷道，工作面回采時，新鮮風(fēng)流經(jīng)過軌道巷和皮帶巷進(jìn)入采煤工作面，再流入回風(fēng)巷中，由于回風(fēng)巷偏近于軌道巷，風(fēng)流行程為偏“W”形，同時布置高抽巷用于抽采鄰近層瓦斯。

回采工藝為：工作面綜放回采過程中，皮帶巷至回風(fēng)巷臥底放頂煤；回風(fēng)巷與軌道巷之間的煤柱，支架沿頂板支設(shè)，只回收頂煤留底煤（軌道巷沿頂板掘進(jìn)布置）。

從經(jīng)濟(jì)的角度考慮，采用“W”形通風(fēng)系統(tǒng)，增加了一條煤巷的施工，但減少了一條巖巷的施工，大大降低了掘進(jìn)成本，提高了施工效率，同時節(jié)省了抽采泵站對低位抽采巷的抽采費用投入。

圖4 15313工作面偏“W”形通風(fēng)+高抽巷通風(fēng)布置圖

5 結(jié)語

通過以上分析研究，可在15313綜放工作面進(jìn)行工業(yè)性試驗，從兩條進(jìn)風(fēng)巷風(fēng)量的最佳配風(fēng)比、回風(fēng)巷與進(jìn)風(fēng)巷的間距、高抽巷合理層位布置、高抽巷與回風(fēng)巷水平間距等多方面展開研究，發(fā)現(xiàn)“W”形通風(fēng)+高抽巷通風(fēng)方式更加適用于新景公司15號煤層賦存現(xiàn)狀，為礦井安全生產(chǎn)提供技術(shù)支撐。