潘宏波

（山西煤炭運(yùn)銷集團(tuán)錦瑞煤業(yè)有限公司，山西 呂梁 033000）

切頂卸壓自動(dòng)成巷無煤柱開采技術(shù)是煤炭開采的重大變革，是中國(guó)科學(xué)院何滿潮院士提出的“切頂短臂梁理論”。本文通過研究采煤工作面采空區(qū)漏風(fēng)規(guī)律，使用防滅火監(jiān)測(cè)手段，根據(jù)采空區(qū)“三帶”劃分選擇W型通風(fēng)模式，減少采空區(qū)漏風(fēng)，研究采空區(qū)防滅火技術(shù)[1]。

1 工作面概況

以錦瑞煤業(yè)8105綜采面為工程背景，礦井通風(fēng)方式為中央并列式，抽出式通風(fēng)。8號(hào)煤層均厚3.21 m，煤層傾角1°～6°，直接頂為2.0～4.0 m的L2石灰?guī)r，8號(hào)煤層頂板屬堅(jiān)硬巖，底板屬較軟-較堅(jiān)硬巖。工作面上覆巖層黃土厚度171～239 m。礦井屬低瓦斯礦井，絕對(duì)瓦斯涌出量為1.25 m3/min，相對(duì)瓦斯涌出量為0.68 m3/t。8號(hào)煤層為自燃煤層，最短自然發(fā)火期83 d。8105綜采面為 8號(hào)一采區(qū)北翼走向長(zhǎng)壁布置工作面，南部為8107接續(xù)工作面實(shí)體煤。8105工作面運(yùn)輸、回風(fēng)順槽、切眼均沿8#煤層頂、底板掘進(jìn)，進(jìn)、回風(fēng)順槽沿煤層的走向布置，切眼沿煤層傾向布置。8105切眼長(zhǎng)度148 m，8105切眼至停采線長(zhǎng)度755 m，沿空留巷長(zhǎng)735 m。工作面布置方式如圖1所示。8105回風(fēng)順槽采取切頂卸壓留巷，巷道為矩形斷面（寬×高：5.2 m×3.0 m），采空區(qū)漏風(fēng)、擋矸使用全斷面菱形網(wǎng)、鋼筋網(wǎng)和風(fēng)筒布聯(lián)合封堵。

圖1 8105切頂卸壓沿空留巷采煤工作面巷道布置

2 切頂卸壓沿空留巷采煤工作面通風(fēng)方式的選擇

8105綜采工作面不同通風(fēng)模式下通風(fēng)測(cè)定數(shù)據(jù)對(duì)比：8105綜采工作面實(shí)際需要風(fēng)量800 m3/min，實(shí)際配風(fēng)量864 m3/min。8107備用工作面實(shí)際需要風(fēng)量400 m3/min，實(shí)際配風(fēng)量456 m3/min[2]。在8105綜采工作面回采262 m時(shí)，進(jìn)行了Y型通風(fēng)模式和W型通風(fēng)模式下的漏風(fēng)量和壓差的測(cè)定，8105綜采工作面Y型、W型通風(fēng)模式通風(fēng)數(shù)據(jù)對(duì)比見表1。

表1 8105綜采工作面Y型、W型通風(fēng)模式通風(fēng)數(shù)據(jù)對(duì)比

2.1 Y型通風(fēng)系統(tǒng)的漏風(fēng)規(guī)律

采用切頂卸壓留巷Y型通風(fēng)模式后，相對(duì)于U型通風(fēng)系統(tǒng)調(diào)整為Y型通風(fēng)系統(tǒng)，改變了工作面通風(fēng)線路及采空區(qū)氣體運(yùn)移規(guī)律，從根本上解決了上隅角災(zāi)害氣體積聚的問題，在合理配風(fēng)的條件下可以有效降低工作面粉塵濃度和回風(fēng)側(cè)溫度，但隨之也改變了采空區(qū)漏風(fēng)規(guī)律，并對(duì)采空區(qū)遺煤自燃發(fā)火危險(xiǎn)性產(chǎn)生影響。采用Y型通風(fēng)后，由于留巷用風(fēng)筒布難以將采空區(qū)和巷道有效封堵，形成開放式采空區(qū)，加之8105回風(fēng)順槽處于回風(fēng)側(cè)，與采空區(qū)內(nèi)存在氣壓差，容易造成采空區(qū)內(nèi)氣體從留巷側(cè)逸出，并引起工作面新鮮風(fēng)流持續(xù)漏入采空區(qū)，改變了工作面流場(chǎng)，加寬了氧化升溫帶寬度，從而增加了采空區(qū)自然發(fā)火危險(xiǎn)性。

Y型通風(fēng)系統(tǒng)工作面需要風(fēng)量更大，漏風(fēng)通道更多，遺煤自燃危害性增加。通風(fēng)導(dǎo)致漏風(fēng)量增加，采空區(qū)氧化帶范圍擴(kuò)大[3]。圖2為8105工作面Y型通風(fēng)模式下采空區(qū)漏風(fēng)范圍示意圖。

圖2 8105工作面Y型通風(fēng)模式下采空區(qū)漏風(fēng)范圍示意圖

2.2 W型通風(fēng)系統(tǒng)的漏風(fēng)規(guī)律

采用切頂卸壓留巷W型通風(fēng)模式后，綜采工作面除了有U型通風(fēng)系統(tǒng)采空區(qū)氣體運(yùn)移規(guī)律，還有沿空留巷段狹長(zhǎng)的帶狀漏風(fēng)規(guī)律，形成了兩者疊加作用的漏風(fēng)區(qū)，W型通風(fēng)模式更容易解決上隅角災(zāi)害氣體積聚的問題，治理瓦斯能力較強(qiáng)。采用W型通風(fēng)后，在合理的配風(fēng)比的條件下可以有效降低工作面采空區(qū)兩順槽之間的氣壓差，工作面上下風(fēng)道風(fēng)量較小，漏風(fēng)掃過采空區(qū)面積較小，減少采空區(qū)的漏風(fēng)量，減小了氧化升溫帶寬度，減少采空區(qū)遺煤自然發(fā)火危險(xiǎn)性。根據(jù)下文的通風(fēng)數(shù)據(jù)對(duì)比工作面通風(fēng)阻力W型為Y型的1/2，其供風(fēng)能力更強(qiáng)。

3 W型通風(fēng)模式綜采工作面采空區(qū)防滅火技術(shù)研究應(yīng)用

3.1 束管監(jiān)測(cè)監(jiān)控的布置和應(yīng)用

（1）束管沿著工作面進(jìn)、回風(fēng)順槽布設(shè)到工作面，從工作面順槽巷道向采空區(qū)敷設(shè)布點(diǎn)。8105運(yùn)輸順槽采空區(qū)布置4個(gè)測(cè)點(diǎn)，從開切眼處開始在采空區(qū)每隔30 m埋設(shè)一個(gè)束管采樣器，用來監(jiān)測(cè)采空區(qū)“三帶”氣體濃度。8105回風(fēng)順槽（切頂留巷巷道）采空區(qū)內(nèi)布置1個(gè)測(cè)點(diǎn)，在切眼煤壁下風(fēng)側(cè)10～15 m處安設(shè)一個(gè)束管采樣器。以上測(cè)點(diǎn)使用束管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)抽樣氣體分析[4]。

（2）在切頂留巷段采空區(qū)從開切眼處開始每隔30 m打設(shè)長(zhǎng)度至少15 m的套管并設(shè)置一條人工采樣束管，進(jìn)行人工取樣分析，用來監(jiān)測(cè)工作面切頂留巷段采空區(qū)氣體濃度以及分析影響三帶情況[5-6]。

綜合采用抽樣分析和人工取樣分析研究切頂卸壓自成巷綜采工作面“開式”采空區(qū)的三帶劃分和氣體濃度，可為通風(fēng)部門采用相應(yīng)措施提供依據(jù)。

3.2 根據(jù)防治采空區(qū)漏風(fēng)規(guī)律采取的防漏措施

切頂卸壓自成巷綜采工作面“開式”采空區(qū)災(zāi)害治理第一要?jiǎng)?wù)是防治采空區(qū)漏風(fēng)。在8105綜采工作面回采期間得出經(jīng)驗(yàn)，需要對(duì)工作面采空區(qū)三個(gè)主要漏風(fēng)點(diǎn)進(jìn)行處理：一是對(duì)工作面進(jìn)風(fēng)隅角進(jìn)行封堵，對(duì)存在的懸頂進(jìn)行處理；二是開切眼切頂預(yù)裂減少沿空留巷段的漏風(fēng)空間；三是沿空留巷段采空區(qū)封堵。

（1）對(duì)進(jìn)風(fēng)隅角進(jìn)行封堵，對(duì)存在的懸頂進(jìn)行處理

根據(jù)8105綜采工作面W型通風(fēng)模式下采空區(qū)“三帶”劃分情況，工作面進(jìn)風(fēng)隅角是采空區(qū)漏風(fēng)主要通道，防火阻燃?jí)善鸬綔p少采空區(qū)漏風(fēng)的作用，以減少采空區(qū)氧化帶的寬度。

防火阻燃?jí)ξ恢茫汗ぷ髅孢M(jìn)風(fēng)、回風(fēng)隅角密集支柱后。

防火阻燃?jí)﹂g距：20～30 m。

防火阻燃?jí)Σ牧希杭尤胱杌瘎┑乃槊夯蚱渌蝗夹越ㄖ牧稀?/p>

構(gòu)筑方法：用纖維編織袋裝或加入阻化劑的碎煤炭后封口，在采煤工作面進(jìn)、回隅角密集柱后垛放成墻。

每隔20～30 m進(jìn)風(fēng)隅角懸頂進(jìn)行切頂預(yù)裂，縮小漏風(fēng)通道。

（2）切眼切頂預(yù)裂

由于8105綜采工作切眼未對(duì)切眼切頂預(yù)裂，形成采空區(qū)煤柱和落矸形成漏風(fēng)三角區(qū)，工作面老頂初次來壓后，通過進(jìn)風(fēng)隅角經(jīng)漏風(fēng)三角區(qū)漏風(fēng)量在120～240 m3/min，嚴(yán)重影響工作面通風(fēng)。所以工作面安裝前應(yīng)對(duì)切眼進(jìn)行預(yù)裂，盡可能使開切眼處的采空區(qū)頂板塌落嚴(yán)實(shí)，減少漏風(fēng)。

（3）沿空留巷段采空區(qū)防漏掛風(fēng)帳技術(shù)

8105工作面回風(fēng)順槽切頂卸壓自成巷壁吊掛防漏風(fēng)風(fēng)帳，8105回風(fēng)順槽使用RTD29-2500/01伸縮式護(hù)幫擋矸架，搭接長(zhǎng)度不小于1000 mm，間距500 mm，每排1組伸縮式護(hù)幫擋矸架。金屬網(wǎng)采用鋼筋網(wǎng)+菱形網(wǎng)。風(fēng)帳在菱形網(wǎng)和擋矸架之間，風(fēng)帳與頂?shù)装濉L(fēng)帳之間搭接不少于1000 mm。

防漏風(fēng)風(fēng)帳起到了一定的防漏風(fēng)作用，但是漏風(fēng)量仍然不小。在風(fēng)帳的基礎(chǔ)上進(jìn)行噴漿可以降低一半的漏風(fēng)量。

（4）黃泥灌漿管路的布置和使用

根據(jù)8105工作面巷道剖面圖，黃泥灌漿管路需安裝在8105回風(fēng)順槽內(nèi)非切頂卸壓自成巷壁，通過間隔60 m的支管自流灌入采空區(qū)。8105回采完畢黃泥灌漿管路不需拆除可以復(fù)用為接續(xù)工作面的注氮管使用。當(dāng)采空區(qū)發(fā)現(xiàn)遺煤有自燃現(xiàn)象時(shí)向發(fā)火區(qū)域灌漿滅火。

（5）注氮技術(shù)應(yīng)用

8105工作面日常采取以注氮為主、噴灑阻化劑為輔的防滅火措施。注氮管路布置在8105運(yùn)輸順槽的目的是回采時(shí)采空區(qū)預(yù)防性注氮和封閉后采空區(qū)氣體置換。工作面“開式”采空區(qū)各監(jiān)測(cè)點(diǎn)檢測(cè)出CO及C2H4時(shí)，有可能遺煤自燃范圍會(huì)持續(xù)擴(kuò)大，應(yīng)迅速持續(xù)注氮。當(dāng)C2H4消失后或CO濃度降至0 ppm以下時(shí)，可停止注氮。工作面采空區(qū)因?yàn)椤伴_式”所以月推進(jìn)速度不作為防火因素考慮。

4 結(jié)論

切頂卸壓自成巷綜采工作面打破了常規(guī)的管理模式，在錦瑞煤業(yè)8105綜采工作面的研究，論證了W型通風(fēng)模式的合理性。通過切頂卸壓自成巷綜采工作面“開式”采空區(qū)防滅火技術(shù)研究和應(yīng)用，比較W型和Y型通風(fēng)模式下“開式”采空區(qū)三帶劃分規(guī)律，掌握了采空區(qū)漏風(fēng)的規(guī)律和相應(yīng)解決措施，形成一定的防滅火管理方法和新的防滅火理念，為切頂卸壓自成巷綜采工作面的推廣提供了寶貴的依據(jù)和經(jīng)驗(yàn)。