保德煤礦81505綜放工作面下行通風方法的應用分析

孟范喻

(神東煤炭集團通風管理部，陜西 神木 719315)

0 引言

保德煤礦回采工作面通常采用上行通風方式進行回采，回采工作面采空區抽放管路95%無法回收，全部壓入采空區內，不僅造成浪費，還在采空區遺留大量金屬材料產生隱患；回采期間二號回順巷道變形嚴重，導致抽放管路變形漏氣，管路維護和為保護管路而進行的巷道維護費較大，因此，從安全和經濟方面考慮，決定在81505工作面采用下行通風。這樣做，一是瓦斯管路位于81506二號回風順槽內，巷道所承受的礦壓較81505二號進順小，瓦斯管路維護量小，支管切換方便，抽放半徑可調節性大；二是采空區抽放主管可以全部回收利用，節省管材費用，抽放支管不需延伸到上一個聯巷，節省2/3的支管管材及安裝費用；三是下行通風后，可以減少一條下順槽(二號回順)的掘進工程量，即只保留膠順和一號回風順槽即可[1]。

1 礦井概況

保德煤礦由原保德縣“東關鎮煤礦”和“橋頭煤礦”技術改造整合而成。是神東公司唯一的一座高瓦斯礦井，井田南北走向長14.0 km，東西傾向寬5.7 km，面積55.9 km2，含煤地層為石炭二疊系，煤層傾角3°～9°，平均5°，采用“一采二掘”組織生產，開采8#煤[2]。礦井采用分區抽出式通風，六進二回；總回風量28 500 m3/min。當前，礦井絕對瓦斯涌出量在110 m3/min左右，采面絕對涌出量在20 m3/min左右，瓦斯含量梯度2.82 m3/t·100 m，瓦斯壓力梯度0.50 MPa/100m[3]。

根據煤炭科學研究總院沈陽研究院2010年5月提交的《中國神華神東煤炭集團公司保德煤礦礦井瓦斯涌出量預測報告》，推算81505工作面煤層原始瓦斯含量范圍3.92～4.83 m3/t，平均4.38 m3/t，工作面瓦斯地質儲量2 500萬m3。81505綜放工作面長240 m，走向推進長度1 856 m，工作面采用走向長壁后退式綜合機械化放頂煤開采，沿8#煤底板回采，工作面設計采高3.6～3.8 m，放煤高度4.0～3.8 m，采放比為1∶1.1～1∶1。81505綜放工作面從4月9日開始回采，工作面入風2 100 m3/min，采空區抽放430 m3/min，回風隅角瓦斯濃度最大0.60%。

2 81505綜放工作面各系統分析

2.1 通風系統

通風方法：81505綜放工作面采用“三進一回”的“U”型通風，即81505一、二號進風順槽入風，經過81505工作面后與81505膠順的入風匯合，通過最近一個聯絡巷進入81506二號回順，如圖1所示。

圖1 81505工作面通風系統示意圖

風量：81505綜放工作面回采期間配風量2 100 m3/min，包括采空區抽放量400～500 m3/min，工作面瓦斯0.30%左右。

存在問題及優化方案：①通風路線長，通風阻力大，不利于采空區防滅火。由于81505工作面與81506切眼串聯通風，導致最大阻力路線的路程較上行通風增加近600 m，直角拐彎處增加7處，且順槽通總回段由于風量增加1倍，該段阻力增加3倍，導致劉家堰主扇負壓由2 500 Pa增加為2 700 Pa[4]。優化方案—將81505工作面和81506切眼通風方式調整為“W”型，即81505工作面與81506切眼并聯，回風流在81506一二號回順匯合后進入五盤區總回；②受負壓影響，81504采空區瓦斯可能從膠順防火密閉或聯巷煤柱裂隙處泄漏，導致81505工作面進風流瓦斯濃度超過0.4%[5]。優化方案—在81504膠順2聯巷開始每隔一個聯巷的防火密閉上留設了一個φ108措施管，采空區卸壓半徑定為150 m，即每隔300 m將一道防火密閉上的卸壓管路連入81505一回預抽干管上，當靠近工作面300 m范圍內進風流中瓦斯達0.4%時，通風隊綜采專職瓦檢員將最近的兩處卸壓管打開；當工作面300 m范圍以外進風流中瓦斯達0.4%時，通風隊系統瓦檢員將瓦斯達0.4%的巷道范圍內的卸壓管打開。以上操作必須由瓦檢員提前匯報通風隊值班室，并做好閥門開關記錄，當巷道瓦斯濃度降到0.2%～0.3%時，瓦檢員立即將閥門關閉，防止采空區自燃；③膠順防火密閉施工工效低，僅為0.6 m3/工。由于輔助運輸受采空區抽放主管影響，只能人工跨瓦斯管路倒2次料，導致施工工效低，同時作業現場的標準化程度低，需投入較多人工。優化方案—優化密閉工藝，取消砼墻施工，改為閉前噴漿500 mm厚；改造工程車的馬槽，便于人工卸料；81307采空區瓦斯管路改到下幫布置，每個聯巷支管設置龍門，從而實現聯巷行車需求，避免人工倒料，提高施工工效；④81506一、二號回順14-18聯巷段變形嚴重，導致通風斷面不足4/5，81505工作面風量減少。優化方案—對巷道變形段進行補強支護和起底工作；將81505工作面和81506切眼通風方式調整為“W”型，避免了對81505工作面通風系統的影響。

2.2 瓦斯抽采系統

抽采系統：由于81505工作面將采用下行通風，鄰近工作面(81504)采空區涌出的瓦斯將通過81505二號進順進入81505工作面進風流，將增大81505工作面瓦斯涌出量[6]。工作面瓦斯涌出量如圖2所示，81505工作面絕對瓦斯涌出量平均為15.8 m3/min，瓦斯來源為：30%工作面割煤涌出(4.8 m3/min)、28%采空區涌出(4.37 m3/min)和42%臨近層涌出(6.63 m3/min)[7]。

圖2 81505工作面絕對瓦斯涌出量隨工作面推進的規律

81505工作面預抽：81505工作面的預抽鉆孔布置方式為在81505一號進風順槽布置平行鉆孔，在81505膠運順槽布置斜交鉆孔，因工作面注水需要，平行鉆孔提前工作面200 m拆除，斜交鉆孔提前300 m拆除。

采空區抽采：81505采空區抽放利用劉家堰地面低負壓抽放泵站進行抽放，泵站型號為2BEC87，額定流量為900 m3/min，混合抽放量400～500 m3/min，抽放瓦斯濃度1.5%～3.0%，瓦斯抽放量為4～10 m3/min。

抽放管路：①主管路從劉家堰地面泵站→劉家堰風井DN1000瓦斯管路→五盤區總回風抽放主管路→81506一號回風順槽總回口；②采空區抽放干管靠81506二號回風巷正幫敷設，主管在每個聯巷口留設DN800/DN500/DN800三通分別與聯巷間DN500抽放支管連接，干路DN800碟閥安設在20、10聯巷，最后一個碟閥安設在通總回口處；③抽放支管20趟，第一趟支管從81506二號回風22聯巷處開始安裝，最后一趟支管在3聯巷，每趟支管長度為24 m左右，共計480 m。支管與主管通過三通連接，支管在主管路上方布置，支管碟閥安設在三通彎頭處。

抽放支管切換：工作面初采期間不進行抽放，當工作面回風隅角推過膠順22聯巷20 m左右，且工作面老頂初次來壓后，通風隊跟班瓦檢員負責逐步打開22聯巷的抽放支管蝶閥和主管蝶閥進行抽放(50 m左右時閥門全部打開)；當工作面推過膠順21聯巷20 m時，逐步打開21聯巷的抽放支管進行抽放(50 m左右時閥門全部打開)；當工作面推過回順20聯巷20 m時，逐步打開20聯巷的抽放支管閥門(50 m左右時閥門全部打開)，并逐步關閉21聯巷支管蝶閥，以此類推，抽放半徑為50～100 m。

存在問題及優化方案：在無采空區抽放條件下，老頂初次來壓期間隅角瓦斯涌出異常。優化方案—修改工作面采空區抽放設計，從切眼正對的聯巷開始布置抽放支管，老頂來壓前運行采空區抽放系統，解決初次來壓期間風排瓦斯困難的隱患。

2.3 防塵系統

供水管路：81505工作面一號回風順槽安裝直徑100 mm防塵管路供水、81505膠運順槽安裝直徑159 mm防塵管路供水。

供水系統：橋頭地面靜壓水池→橋頭風井→一號主運大巷→集中主運大巷→五盤區主運大巷→81505膠運順槽；五盤區主運大巷→81505一號進風順槽順槽→清水泵站。

煤層注水及防塵：采用靜壓、一次多孔注水方式進行注水，每次注水孔的數量為1組12個，注水鉆孔采用距離工作面最近的一號回順預抽鉆孔。噴霧灑水系統由采煤機內、外噴霧、工作面架間負壓除塵噴霧和防塵網、轉載點噴霧和進回風巷防塵水幕、防塵網組成。

存在問題及優化方案：因靜壓注水壓力達2 MPa，注水孔孔口和其他未注水鉆孔存在漏水現象，影響注水效果并導致移變列車段積水。優化方案—造成上述原因是鉆孔封孔質量差和上下行鉆孔穿孔較多，今后預抽鉆孔封孔均采用“兩堵一注”方式，增加鉆孔間距，避免設計上下順槽鉆孔或分別靠近頂底板施工。

2.4 防滅火系統

注漿系統：劉家堰地面注漿站→五盤區一號總回風→81505一號進風順槽1聯巷→81505二號進風順槽→采空區。灌漿方法采用踏步式埋管灌漿，即隨著回采工作面推進向采空區內埋設管道進行注漿。

注氮系統：注氮站→81506一號回順1聯巷→81506二號回風順槽→81505膠運聯巷→81505采空區。管路總長度為2 000 m。

束管監測：在81505膠順密閉施工前，將單芯束管設置在聯巷內，將濾塵器固定在膠順口，束管從81505膠順防火密閉向外延伸3～5 m，將滯后工作面300～400 m的束管聯入束管在線監測系統，實現24 h在線監測。在81505二號進順密閉施工前，將單芯束管設置在聯巷內，將濾塵器固定在距一號進聯巷口，束管從81505二號進順向外延伸150 m。

存在問題及優化方案：注氮、注漿和老采空區卸壓管路均布置在上順槽(不保留巷道)，則布置的3趟管路均無法回收，且無法保證注氮半徑在氧化帶。優化方案—將下行通風工作面的注氮管路布置在下順槽，不僅實現注氮半徑隨意切換，還可以作為下個工作面的注漿管路進行復用[8]。

2.5 監測監控系統

81505工作面信號傳輸路線為：康井地面中心站→康家灘輔運平硐→康孫輔運大巷→五盤區輔運17聯巷→81505一號進順移變列車→81505工作面。

回風流和回風封閉點的信號傳輸路線為：康井地面中心站→康家灘輔運平硐→康孫輔運大巷→五盤區輔運17聯巷→81506一回繞道→81505回風流。

分站設置：在81505一號進風順槽順槽移變列車上安設3臺分站，分站編號為141、142、143號，分站電源取自移變列車660 V移變；在81506一號回順機電硐室安設2臺分站，分站編號為148、149號，分站電源取自五盤區輔運17聯巷變電所移變。

傳感器設置：①在81505膠順距工作面<10 m范圍內設置綜放工作面甲烷傳感器、一氧化碳傳感器各1臺；②一號回順移變列車上風側10～15 m設置甲烷傳感器1臺；③在81505綜放回風隅角設置綜放甲烷傳感器、氧氣傳感器各1臺；④回風流傳感器設置在風流混合聯巷以里10～15 m處，例如，當工作面推進到距離81505膠順20聯巷15 m時，立即將81505膠順19聯巷雙閉打開作為風流匯合點，將81505膠順20聯巷以里10～15 m的回風流傳感器移設至在81505膠順19聯巷以里10～15 m處，為確保風流改為19聯巷匯合，通風隊在20聯巷膠順側吊掛一道風障；⑤混合回風流傳感器掛設在81507一號回順2聯巷以里10～15 m處，設置甲烷傳感器、粉塵傳感器、二氧化碳傳感器；⑥在81505一回移變列車設置斷電器6臺，實現瓦斯電閉鎖；從移變高饋頭九芯接線盤引出無源饋電觸點，實現斷電反饋狀態監測；⑦在工作面回風隅角掛設便攜式甲烷檢測報警儀、一氧化碳和氧氣測定器各1臺，在后部運輸機機頭上風側掛設便攜式甲烷檢測報警儀；⑧當81505二號進順和81506二號回順聯巷進行封閉時，在封閉聯巷處安設封閉點甲烷傳感器1臺、一氧化碳傳感器1臺、氧氣傳感器1臺；⑨采空區抽放管路安裝在線監測監控系統，在81506一回通總回段安裝瓦斯、CO、溫度、負壓、流量5個傳感器。

存在問題及優化方案：①機頭端頭過渡架始終滯后工作面支架1～2 m，導致回風隅角傳感器的吊掛位置幾乎處在采空區氣體中，瓦斯濃度較高。 優化方案—縮短抽放半徑為30～100 m，提高抽放負壓對隅角范圍的作用效果，同時，綜采隊拆除端頭架側護板，提高傳感器吊掛空間的風量，保證隅角瓦斯穩定不超限；②工作面回風流傳感器的通訊線從進順布置，隨著工作面推進，冗余的線纜不斷增加，生產期間存在等高作業隱患。優化方案—上行通風的工作面回風流傳感器位置是固定的，而下行通風回風流傳感器布置在工作面最近一個風流匯合的聯巷，隨著工作面推進線纜不斷冗長，因此將工作面回風流傳感器的通訊線改為從81506二號回順的分站引出，每次變更風流匯合聯巷時進行一次倒線。

3 結論

(1)保德煤礦81505綜放工作面采用下行通風，經濟上合理，安全上可靠，瓦斯抽放和采空區的管理更加靈活，優勢明顯。

(2)針對通風系統、瓦斯抽采系統、防塵系統、防滅火系統、監測監控系統存在的問題，提出了對應的優化方案，確保了81505綜放工作面采用下行通風的生產安全，從而達到經濟上合理、安全上可靠的目的。