馬蘭礦62711綜采工作面切頂卸壓沿空留巷Y型通風技術研究

常蘆鋒

(西山煤電集團有限責任公司馬蘭礦，山西 太原 030205)

1 礦井概況

西山煤電馬蘭礦位于山西省古交市西南15 km，礦區南北長約5.9 km，東西寬約6.3 km，礦井面積約32.8 km2，礦井設計生產能力400萬t。礦井煤層賦存穩定，煤層厚度2.8 m～3.5 m，平均厚度3.2 m，煤層傾角12°～23°,平均傾角17.5°。62711綜采工作面位于馬蘭礦三采區，主要開采8#煤層，因此，馬蘭礦在62711綜采工作面試用切頂卸壓沿空留巷無煤柱開采技術。巷道正巷設計長度為935 m，切眼設計長度為230 m，巷道采用矩形斷面。巷道跟直接頂跟底掘進，坡度4°～90°。

1.1 工作面地質條件

62711工作面埋深215 m～416 m，煤層上覆巖層依次為0.6 m的炭質泥巖、6.34 m的砂泥巖互疊層以及2.05 m的中粒砂巖,底板巖層為0.6 m的泥巖和10.37 m的中粒砂巖。

1.2 工作面瓦斯涌出量

62711工作面瓦斯絕對涌出量為10 m3/min，其中抽采量4 m3/min，風排量為6 m3/min；煤層爆炸指數15.64%至18.2%；煤層自燃傾向性為Ⅱ不易自燃煤層。

1.3 礦井原通風系統

62711綜采工作面原通風系統即新鮮風南大巷，南三采區軌道巷，62711副巷至62711綜采工作面。

乏風：1) 62711工作面—62711正巷—回風聯絡巷—南三區回風巷—回風井—地面；2) 62705副巷—62711正巷—回風聯絡巷—南六區回風巷—回風井—地面。

當前62711工作面為副巷、62705工作面副巷進風，62711工作面正巷回風，62711工作面副巷實際進風量808 m3/min，62705工作面副巷沖洗風量353 m3/min。

2 通風系統優化設計

2.1 通風系統的優化

馬蘭礦通過在62711工作面正巷切頂卸壓留巷迎頭構筑一道永久密閉；62705工作面副巷口構筑兩道永久風門；封閉62711工作面正巷回風聯絡巷構筑1道永久密閉；增加62711工作面正巷的調節風窗，將過風量控制在300 m3/min。

優化后的通風系統構成為：62711工作面副巷，62711工作面正巷進風，62705工作面副巷回風的“兩進一回”通風系統。

本工作面采用“兩進一回”的“Y型”通風方式(即工作面采用62711副巷和62711正巷進風，62705副巷回風)。礦井通風系統示意圖如圖1所示。

圖1 礦井通風系統示意圖

乏風風流：工作面/正巷→62711留巷→62705切眼→62705副巷→回風聯絡巷→南翼上組煤回風巷→回風井→地面。

2.2 工作面風量、風速計算

通過對鄰近工作面回采及本工作面掘送期間瓦斯涌出量統計,62711工作面瓦斯絕對涌出量4.8 m3/min；風排瓦斯涌出量3.8 m3/min；抽采瓦斯量1 m3/min。

1) 按瓦斯涌出量公式計算[見式(1)]

Q=q采/c×KCH4=3.8/0.8%×1.7=807.5 m3/min

(1)

式中:Q為工作面需風量，m3/min；q采為工作面風排瓦斯涌出量，m3/min；C為回風流中允許瓦斯濃度，取0.8%；KCH4為回采工作面瓦斯涌出不均衡系數，取KCH4=1.7。

2) 按井下適宜的氣候條件計算[見式(2)]

Q=60×70%×V采×S采×K采高×K采面長=60×70%×1.0×7.8×1.5×1.3=638.8 m3/min

(2)

式中：V采為采煤工作面的風速，取1.0 m/s；S采為采煤面的平均有效斷面積，取S采=7.8 m2；K采高為采煤工作面采高調整系數，取K采高=1.5；K采面長為采煤工作面長度調整調整系數，取K采面長=1.3；70%為有效通風斷面系數；60為單位換算產生的系數；

3) 按工作面同時作業人數計算

按工作人數計算，見式(3)。

Q=4×N=4×60=240 m3/min

(3)

式中：Q為回采工作面實際需要風量，m3/min；4為每人每分鐘不低于4 m3/min；N為工作面同時工作的最多人數，按60個人算。

4) 按耗炸藥用量計算：(工作面過構造需打眼放炮時)

根據AQ1056-2008《煤礦通風能力核定標準》規定，按二、三級煤礦許用炸藥用量計算：Q≥10A。

礦井現使用三級乳化炸藥，按照AQ1056-2008標準中公式計算，見式(4)。

Q=10×A=10×10=100 m3/min

(4)

式中：A為一次爆破炸藥最大用量，10 kg；Q為回采工作面實際需要風量，m3/min；10為每kg炸藥爆炸不低于10 m3的配風量(二類、三類乳化炸藥)。

5) 62711正巷配風計算

皮帶巷應配風量按適宜的氣候條件計算，見式(5)。

Q輔=60×V副×S副=60×0.5×11.76=352.8 m3/min

(5)

6) 確定工作面配風量

根據上述計算結果62711綜采工作面配風量共需1160.3 m3/min。

2.3 風速驗算

1) 驗算最小風量[見式(6)、式(7)]

Qcf≥60×0.25Scb=60×0.25×8.47=127.05 m3/min

(6)

Scb=Icb×hcf×70%=5.26×2.3×70%=8.47 m2

(7)

2) 驗算最大風量[見式(8)、式(9)]

Qcf≤60×4.0Scs=60×4.0×7.18=1 723.2 m3/min

(8)

Scs=IVcs×hcf×70%=4.46×2.3×70%=7.18 m2

(9)

式中：Scb為采煤工作面最大控頂有效斷面積，8.47 m2；Icb為采煤工作面最大控頂距，5.26 m；hcf為采煤工作面實際采高，2.3 m；Scs為采煤工作面最小控頂有效斷面積，7.18 m2；Ics為采煤工作面最小控頂距，4.46 m；0.25為采煤工作面允許的最小風速，m/s；70%為有效通風斷面系數；60為單位換算產生的系數；4.0為采煤工作面允許的最大風速，m/s。

通過公式計算得出：62711工作面計算風量808 m3/min，正巷進風353 m3/min，回風巷風量1 161 m3/min，符合風速驗算要求。經計算62711綜采工作面配風量需1 161 m3/min，滿足煤礦安全生產規程的相關技術要求[1]。

2.4 風量驗算

62711綜采工作面預計最大絕對瓦斯涌出量在4.8 m3/min左右，其中風排瓦斯量3.8 m3/min，抽采量1 m3/min，工作面配風量為808 m3/min，則62711綜采工作面及回風流中瓦斯濃度最大值為3.8/808=0.47%，按工作面及回風流中瓦斯濃度不大于0.8%符合要求[2]。

3 效果分析

62711綜采工作面由于采用切頂卸壓沿空留巷技術故不需要留設保護煤柱，解決采空區遺煤問題，有效降低采空區遺煤自燃隱患；同時，沿空留巷的充填體施工還解決了漏風嚴重難題，此外62711工作面還設計安裝自燃發火束管監測系統、阻化劑噴灑和注氮系統。針對充填體及少發生的漏風、漏瓦斯情況，可使用注漿堵漏進行解決，以達到預防自燃發火的目標[3]。

4 結論

馬蘭礦62711綜采工作面通過采用切頂卸壓自動成巷Y型通風設計，有效解決了工作面上隅角的瓦斯集聚的安全隱患，體現出良好的瓦斯治理效果，大幅提升了綜采工作面通風能力和安全生產可靠程度。從根本上解決了上隅角瓦斯積聚難題，由于兩巷進風為新鮮風流，有效改善了綜采工作面的作業環境，實現了礦井的安全高效開采。