韓佩璋

（霍州煤電集團(tuán)汾河焦煤公司回坡底煤礦，山西 霍州 041600）

1 工程背景

回坡底礦10-108工作面開(kāi)采井田10#煤層，相鄰工作面北部為10-106工作面（回采完畢）、南部為10-110工作面（未采）。10-1081巷為運(yùn)輸巷、10-1082巷為回風(fēng)巷，運(yùn)輸巷為106工作面回風(fēng)巷切頂留巷，1082回風(fēng)巷也將采用沿空留巷技術(shù)為110工作面服務(wù)。工作面煤層厚度平均3.1 m，平均坡度4°，產(chǎn)狀穩(wěn)定，開(kāi)采過(guò)程中不受老窯、陷落柱等災(zāi)害影響。瓦斯絕對(duì)涌出量3.66 m3/min，相對(duì)涌出量為0.72 m3/t，具有煤塵爆炸性，屬于自燃煤層，二氧化碳絕對(duì)涌出量為4.39 m3/min，二氧化碳相對(duì)涌出量為0.86 m3/t。

10-1082回風(fēng)巷為矩形斷面，采用切頂沿空留巷方式管理頂板，而10-1081運(yùn)輸巷為已切頂成巷的1062回風(fēng)巷，在108工作面回采過(guò)程中，110接續(xù)工作面也將形成，108工作面與110工作面之間的局部通風(fēng)系統(tǒng)將成為制約兩工作面回采工作和接續(xù)工作效率的重要環(huán)節(jié)。切頂卸壓沿空留巷條件下，合理的局部通風(fēng)技術(shù)，是防止工作面采空區(qū)遺煤自燃和巷道瓦斯?jié)舛瘸薜挠行緩健?/p>

表1 10-108工作面頂?shù)装鍘r性特征

2 切頂成巷條件下通風(fēng)技術(shù)研究

2.1 通風(fēng)方式的確定

10-108工作面開(kāi)采過(guò)程中，1082回風(fēng)巷進(jìn)行切頂卸壓自動(dòng)成巷，隨著工作面的不斷推進(jìn)，1082回風(fēng)巷將設(shè)置擋矸支護(hù)，沿設(shè)置好的切頂線利用鋼筋網(wǎng)、U型鋼和單體支柱形成聯(lián)合擋矸裝置，工作面由傳統(tǒng)的“一面兩巷”變成“兩面三巷”形式。傳統(tǒng)“一面兩巷”回風(fēng)方式多為“U型”，即運(yùn)輸巷進(jìn)新鮮風(fēng)流、回風(fēng)巷出乏風(fēng)風(fēng)流，而工作面巷道切頂沿空留巷后，回采工作面有多條進(jìn)風(fēng)或回風(fēng)巷，以“兩面三巷”為例即是“兩進(jìn)一回”或“兩回一進(jìn)”方式。考慮煤層瓦斯賦存情況和采空區(qū)遺煤自然發(fā)火期，在保證瓦斯不出現(xiàn)積聚、108和110工作面不出現(xiàn)乏風(fēng)串聯(lián)的情況下，工作面通風(fēng)方式宜采用“兩進(jìn)一回”的“W”型布置通風(fēng)技術(shù)，如圖1所示。108工作面的“W”型“兩進(jìn)一回”通風(fēng)方式布置：1081運(yùn)輸巷進(jìn)風(fēng)，110回風(fēng)巷、110開(kāi)切眼進(jìn)風(fēng)，1082回風(fēng)巷回風(fēng)。

圖1 10-108工作面通風(fēng)方式布置

2.2 通風(fēng)方式安全性分析

傳統(tǒng)“一面兩巷”的“一進(jìn)一回”型通風(fēng)，由于工作面間保護(hù)煤柱的存在，采空區(qū)側(cè)向懸臂梁結(jié)構(gòu)致使上方頂板不能完全垮落，導(dǎo)致煤柱兩側(cè)均存在漏風(fēng)通道，且該區(qū)域頂板垮落的煤巖斷裂塊度加大，易將新鮮風(fēng)流與采空區(qū)中部貫通，造成采空區(qū)遺留煤炭的自燃發(fā)火危險(xiǎn)。傳統(tǒng)工作面回風(fēng)通道新鮮風(fēng)流經(jīng)工作面往回風(fēng)巷流動(dòng)時(shí)，還易造成上隅角位置瓦斯及一氧化碳濃度超限，給工作面生產(chǎn)活動(dòng)帶來(lái)不利影響。采用切頂卸壓成巷后的“兩進(jìn)一回”通風(fēng)方式后，工作面與工作面之間無(wú)煤柱，采空區(qū)能夠完全垮落，不存在漏風(fēng)通道，頂板充分垮落后逐漸壓實(shí)，與外界新鮮風(fēng)流的貫通渠道被切斷，減少了采空區(qū)遺留煤炭的自燃發(fā)火危險(xiǎn)。同時(shí)，有兩條相對(duì)的新鮮風(fēng)流通過(guò)回風(fēng)巷上隅角位置，瓦斯與一氧化碳等有毒有害氣體被充分稀釋排出，消除了上隅角氣體危險(xiǎn)性。因此，采用切頂卸壓成巷的“兩進(jìn)一回”的“W”型通風(fēng)系統(tǒng)的安全性是能夠得到保證的。

2.3 108工作面“一通三防”技術(shù)措施

在確定108工作面通風(fēng)技術(shù)方式后，為了進(jìn)一步減低通風(fēng)方式的危險(xiǎn)性，需要制定“一通三防”安全技術(shù)措施。①防止工作面過(guò)多漏風(fēng)。新鮮風(fēng)流重新進(jìn)入采空區(qū)是導(dǎo)致工作面通風(fēng)危險(xiǎn)的首要因素，在保證工作面生產(chǎn)安全及監(jiān)測(cè)要求的基礎(chǔ)上，可以適當(dāng)減少工作面進(jìn)風(fēng)風(fēng)量、降低風(fēng)壓；還可以在留巷時(shí)的擋矸墻進(jìn)行噴漿處理，隔離新鮮風(fēng)流與采空區(qū)貫通通道；尤其是在上隅角區(qū)域，適當(dāng)改變進(jìn)風(fēng)風(fēng)流方向，避免風(fēng)流垂直采空區(qū)進(jìn)；②防治工作面瓦斯災(zāi)害。保證工作面的風(fēng)速、風(fēng)量要求符合《規(guī)程》要求，嚴(yán)格執(zhí)行瓦斯檢查制度，對(duì)采空區(qū)及時(shí)封閉避免瓦斯泄露；當(dāng)巷道內(nèi)瓦斯?jié)舛瘸^(guò)一定值時(shí)，應(yīng)進(jìn)行抽采處理；③防治煤炭自然發(fā)火。在防止自然發(fā)火時(shí)，需要對(duì)采空區(qū)自燃“三帶”進(jìn)行束管監(jiān)測(cè)與實(shí)時(shí)預(yù)警，采取向采空區(qū)注漿封閉或噴射阻化劑進(jìn)行防治；同時(shí)在回采結(jié)束45d內(nèi)永久封閉采空區(qū)，注意消防管路及其他電氣設(shè)備的操作安全；④防治工作面粉塵。在工作面生產(chǎn)過(guò)程中，若是風(fēng)流速度過(guò)大，會(huì)將巷道內(nèi)煤塵及巖塵等吹起，造成粉塵濃度超限進(jìn)而可能引起爆炸，所以針對(duì)防治工作面粉塵而言，應(yīng)建立完善的防塵灑水系統(tǒng)，對(duì)采煤機(jī)滾筒進(jìn)行噴霧降塵處理，還可以采用通風(fēng)負(fù)壓進(jìn)行除塵，做好濃度測(cè)定和個(gè)人防護(hù)。

3 應(yīng)用效果分析

10-108工作面的切頂留巷“W”型通風(fēng)方式的實(shí)施效果需要考察工作面、回風(fēng)巷道及采空區(qū)的有毒有害氣體情況，并對(duì)沿空留巷段的氣體樣本進(jìn)行分析，監(jiān)測(cè)巷道、采空區(qū)的漏風(fēng)量等指標(biāo)。

1）在沿空留巷段內(nèi)布置束管探頭，監(jiān)測(cè)不同位置的氧氣含量。探頭沿巷道的布置間距為50 m，每個(gè)位置布置2個(gè)探頭，2個(gè)探頭分別深入采空區(qū)，在垂直巷道方向的間距為25 m，如圖2所示。根據(jù)相鄰礦區(qū)的采空區(qū)自燃“三帶”劃分標(biāo)準(zhǔn)，氧氣濃度＞18%屬于散熱帶、氧氣濃度＜7%屬于窒息帶、其他含量范圍屬于氧化帶，各監(jiān)測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)結(jié)果見(jiàn)表2。隨著108工作面的不斷推進(jìn)，切頂段的采空區(qū)逐漸壓實(shí)，與新鮮風(fēng)流的貫通渠道逐漸減少，在“W”型通風(fēng)方式下，采空區(qū)散熱帶和氧化帶的范圍明顯減少，遺煤自然發(fā)火的危險(xiǎn)性降低。

表2 氧氣濃度監(jiān)測(cè)結(jié)果

圖2 束管監(jiān)測(cè)點(diǎn)示意圖

2）對(duì)工作面以及切頂段的有害氣體進(jìn)行監(jiān)測(cè)分析，切頂段和工作面的CH4最大濃度為0.03%、最大瓦斯涌出量為0.3m3/min、CO含量值平均為2.5×10-6、采空區(qū)內(nèi)部溫度穩(wěn)定在16℃。無(wú)論是瓦斯含量還是CO濃度，均低于《規(guī)程》要求。采空區(qū)溫度未出現(xiàn)持續(xù)升高現(xiàn)象，內(nèi)部遺煤及矸石氧化現(xiàn)象不明顯。因此，采用“W”型通風(fēng)方式后的工作面安全性高于傳統(tǒng)“U”型通風(fēng)。

10-108工作面采用切頂留巷“W”型通風(fēng)方式后，采空區(qū)漏風(fēng)量明顯減少，自燃“三帶”中窒息帶范圍明顯增加，氧化帶和散熱帶減少，遺煤自燃危險(xiǎn)性降低?！皟蛇M(jìn)一回”式通風(fēng)能夠減少回風(fēng)隅角有毒有害氣體含量，降低工作面風(fēng)流有害氣體濃度，對(duì)工作面安全生產(chǎn)有較大裨益。

4 結(jié)論

10-108工作面的切頂留巷技術(shù)能夠使得工作面通風(fēng)方式轉(zhuǎn)變?yōu)椤癢”型“兩進(jìn)一回”式通風(fēng)方式，能夠消除傳統(tǒng)工作面采空區(qū)不完全垮落帶來(lái)的工作面漏風(fēng)嚴(yán)重、遺煤自燃危害大、有毒有害氣體易累積的問(wèn)題，應(yīng)用該種通風(fēng)方式后，108采空區(qū)窒息帶面積增加、散熱帶和氧化帶面積減小，有毒有害氣體濃度均低于《規(guī)程》要求，采空區(qū)溫度保持穩(wěn)定。與傳統(tǒng)“U”型通風(fēng)相比，工作面生產(chǎn)安全性能夠得到保證，符合礦井安全高效生產(chǎn)要求。