秦 麗

(潞安集團高河能源有限公司，山西 長治 047100)

沿空留巷無煤柱開采可以解決小煤柱留設時圍巖變形控制困難、需要反復修整問題，同時可提高煤巖回采率，在煤礦現(xiàn)場應用逐漸廣泛[1-2]。但是沿空留巷由于未留設護巷煤柱，在井下通風過程中容易引起跑風、漏風等問題，給礦井生產(chǎn)帶來一定的不利影響[3]。眾多的學者從上隅角瓦斯治理、遺煤自燃防治以及通風漏風情況等方面出發(fā)展開了廣泛研究，并取得顯著的研究成果[4-6]。但是研究多是集中在采面通風方式選擇上，關于沿空留巷通風系統(tǒng)可靠性方面研究相對較少。因此，文中以山西某礦4206沿空留巷工作面為工程背景，對通風系統(tǒng)可靠性進行分析，以期能為后續(xù)礦井通風方式選擇提供一定參考。

1 工程概況

山西某礦開采的4#煤層埋深平均298 m，煤厚4.87 m，煤層傾角4°，結構簡單。煤層老頂為粗砂巖(f值8.1，厚度13.56 m)、直接頂為細砂巖(f值8.2，厚度10.5 m)、直接底為砂質(zhì)泥巖(f值2.5，厚度2.6 m)。4206工作面回采巷道支護采用錨網(wǎng)索方式，沿空留巷巷道旁充填3 m寬高強膏體材料，支撐頂板并降低巷道漏風量。

礦井采用型號為BD-Ⅱ-8-NO22風機通風，通風負壓2 600 Pa，具體4206通風線路見圖1所示。

圖1 通風路線圖

2 通風安全性分析

回采工作面?zhèn)鹘y(tǒng)的留設煤柱護巷方式采面推進后，采空區(qū)頂板巖層會在煤柱支撐下不能完全垮落，從而在采空區(qū)內(nèi)懸空一定的距離。在煤柱支撐作用下頂板不能充分垮落，從而在采空區(qū)與護巷煤柱間形成范圍較大且裂隙較為發(fā)育的松散三角區(qū)，成為采面通風漏風，具體見第77頁圖2a)。采用沿空留巷技術后由于取消護巷煤柱，因此采空區(qū)內(nèi)頂板垮落更為充分，采空區(qū)內(nèi)垮落巖層在覆巖重力作用下逐漸密實，從而形成一個壓實度相對較高的阻風結構，具體見第77頁圖2b)，不僅可以降低松散三角區(qū)范圍甚至消除松散三角區(qū)，而且還可以減少上隅角瓦斯集聚以及采空區(qū)瓦斯涌出量以及采空區(qū)內(nèi)遺煤自燃發(fā)火概率。因此，相對于傳統(tǒng)的護巷煤柱方式，采用沿空留巷在理論上可以確保采面通風安全。

圖2 采面不同開采方式通風示意圖

3 采面通風質(zhì)量參數(shù)分析

3.1 采面通風實測

采用風速表對4206綜采工作面通風參數(shù)進行現(xiàn)場實測，具體測定結果見表1。

表1 4206綜采工作面通風參數(shù)測定結果

3.2 風量計算

3.2.1 根據(jù)瓦斯涌出計算

按照《煤礦安全規(guī)程》要求，采面瓦斯?jié)舛葢?%以內(nèi)且風速介于0.25 m/s～4 m/s。2019年礦井絕對、相對瓦斯涌出量為2.09 m3/min、3.62 m3/t,具體回采工作面生產(chǎn)時需要風量Q采1可按公式(1)計算。

Q采1=q絕×K×100/60

(1)

其中，q絕為采工作瓦斯絕對涌出量，按照礦井絕對瓦斯涌出量的64.59%計算，取值為1.35 m3/min；K為采面瓦斯涌出不均衡系數(shù)，取值1.6。

將上述參數(shù)帶入公式(1)即可得到采面需要的風量Q采=216 m3/min。

3.2.2 根據(jù)采面溫度計算

根據(jù)采面溫度確定的采面風量Q采2可通過公式(2)計算。

Q采2=60·V采·Ki·S采

(2)

其中,V采為采面開采時的合適風速，取值1.20 m/s；S采有效通風斷面，取值10.66 m2。Ki為采面長度系數(shù)，取值1.1。

將上述參數(shù)帶入公式(2)得到Q采2=844.2 m3/min。

3.2.3 根據(jù)作業(yè)點人數(shù)計算

據(jù)作業(yè)點人數(shù)計算確定的采面風量Q采3可通過式(3)計算。

Q采3=4·N

(3)

式中，N為采面內(nèi)最大人數(shù)，取值60(現(xiàn)場交接班時人數(shù))。

帶入公式(3)得到Q采3=240 m3/min。

綜上分析，取上述計算結果最大值，從而確定采面合理風量Q采=844.2 m3/min。

3.2.4 風量校核

采面內(nèi)風速應控制在0.25 m/s～4.0 m/s，從而計算求得的采面風量應在159.9 m3/min～2 558.4 m3/min。通過理論計算得到的采面合理供風量為844.2 m3/min，風量可以滿足《煤礦安全規(guī)程》關于采面通風要求。因此4206綜采配風量取值844.2 m3/min是合理的。

3.3 有效風量率計算

采面通風時有效風量率Pe可通過公式(4)計算。

(4)

帶入相關參數(shù)計算求得，在4206進風巷內(nèi)有效風量率達到96.2%，高于一般的煤柱留巷工作面，表明在4206采面采用切頂留巷后雖然留巷段存在一定程度的漏風，但是由于采空區(qū)上覆巖層及時跨落，消除了煤柱旁的松散三角區(qū)，從而有效提升了采面進風巷有效風量率。

4206采面有效風量率為92.4%、回風巷有效風量率為90.3%，相對于進風巷有效風量率有所降低，主要是由于采用沿空留巷巷道存在一定的漏風，但是由于留巷段距離較短所以造成采面、回風巷有效風量率降低程度較小。但是4206綜采工作面進風巷、采面、回風巷有效風量率滿足《規(guī)程》相關要求。4206采面采用沿空留巷時采面漏風量較小，絕大部分風流經(jīng)過采面從回風巷流出，僅有極少一部分風流流入到采空區(qū)內(nèi)，通風利用率較高。

3.4 采面通風阻力計算

通風時采面通風阻力hf可采用公式(5)計算。

hf=RQ2

(5)

式中，R表示通風摩擦風阻，N·s2/m8；Q表示通風風量，m3/min。

通過上述公式計算得到4206工作面進風巷、采面以及回風巷風阻分別為324 Pa、323 Pa、352 Pa，具體工作面進風、用風以及回風段風阻比值為0.324∶0.323∶0.352，與較為合理的3∶3∶4接近。采面采用沿空留巷技術后可以在一定程度上降低采面通風阻力，提高通風效率，能夠滿足采面正常通風需要。

4 結語

1)4206綜采工作面采用沿空留巷技術，文中對留巷工作面通風可靠性進行分析。采面采用沿空留巷技術后由于采空區(qū)頂板覆巖不會出現(xiàn)由于煤柱支撐而導致難以垮落問題，從而降低采空區(qū)內(nèi)松散三角區(qū)面積，降低通風系統(tǒng)漏風量，從而滿足采面高效通風需要。

2)從瓦斯治理、采面溫度、有效風量率、通風阻力等方面分析沿空留巷采面通風情況，采面采用沿空留巷后采面采面通風阻力分布較為合理，通風有效率較高。4206綜采工作面通風系統(tǒng)具有較高的可靠性，可以滿足煤炭開采需要。