回坡底礦切頂留巷工作面通風技術研究

韓佩璋

（霍州煤電集團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巷為運輸巷、10-1082巷為回風巷，運輸巷為106工作面回風巷切頂留巷，1082回風巷也將采用沿空留巷技術為110工作面服務。工作面煤層厚度平均3.1 m，平均坡度4°，產狀穩定，開采過程中不受老窯、陷落柱等災害影響。瓦斯絕對涌出量3.66 m3/min，相對涌出量為0.72 m3/t，具有煤塵爆炸性，屬于自燃煤層，二氧化碳絕對涌出量為4.39 m3/min，二氧化碳相對涌出量為0.86 m3/t。

10-1082回風巷為矩形斷面，采用切頂沿空留巷方式管理頂板，而10-1081運輸巷為已切頂成巷的1062回風巷，在108工作面回采過程中，110接續工作面也將形成，108工作面與110工作面之間的局部通風系統將成為制約兩工作面回采工作和接續工作效率的重要環節。切頂卸壓沿空留巷條件下，合理的局部通風技術，是防止工作面采空區遺煤自燃和巷道瓦斯濃度超限的有效途徑。

表1 10-108工作面頂底板巖性特征

2 切頂成巷條件下通風技術研究

2.1 通風方式的確定

10-108工作面開采過程中，1082回風巷進行切頂卸壓自動成巷，隨著工作面的不斷推進，1082回風巷將設置擋矸支護，沿設置好的切頂線利用鋼筋網、U型鋼和單體支柱形成聯合擋矸裝置，工作面由傳統的“一面兩巷”變成“兩面三巷”形式。傳統“一面兩巷”回風方式多為“U型”，即運輸巷進新鮮風流、回風巷出乏風風流，而工作面巷道切頂沿空留巷后，回采工作面有多條進風或回風巷，以“兩面三巷”為例即是“兩進一回”或“兩回一進”方式。考慮煤層瓦斯賦存情況和采空區遺煤自然發火期，在保證瓦斯不出現積聚、108和110工作面不出現乏風串聯的情況下，工作面通風方式宜采用“兩進一回”的“W”型布置通風技術，如圖1所示。108工作面的“W”型“兩進一回”通風方式布置：1081運輸巷進風，110回風巷、110開切眼進風，1082回風巷回風。

圖1 10-108工作面通風方式布置

2.2 通風方式安全性分析

傳統“一面兩巷”的“一進一回”型通風，由于工作面間保護煤柱的存在，采空區側向懸臂梁結構致使上方頂板不能完全垮落，導致煤柱兩側均存在漏風通道，且該區域頂板垮落的煤巖斷裂塊度加大，易將新鮮風流與采空區中部貫通，造成采空區遺留煤炭的自燃發火危險。傳統工作面回風通道新鮮風流經工作面往回風巷流動時，還易造成上隅角位置瓦斯及一氧化碳濃度超限，給工作面生產活動帶來不利影響。采用切頂卸壓成巷后的“兩進一回”通風方式后，工作面與工作面之間無煤柱，采空區能夠完全垮落，不存在漏風通道，頂板充分垮落后逐漸壓實，與外界新鮮風流的貫通渠道被切斷，減少了采空區遺留煤炭的自燃發火危險。同時，有兩條相對的新鮮風流通過回風巷上隅角位置，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性。因此，采用切頂卸壓成巷的“兩進一回”的“W”型通風系統的安全性是能夠得到保證的。

2.3 108工作面“一通三防”技術措施

在確定108工作面通風技術方式后，為了進一步減低通風方式的危險性，需要制定“一通三防”安全技術措施。①防止工作面過多漏風。新鮮風流重新進入采空區是導致工作面通風危險的首要因素，在保證工作面生產安全及監測要求的基礎上，可以適當減少工作面進風風量、降低風壓；還可以在留巷時的擋矸墻進行噴漿處理，隔離新鮮風流與采空區貫通通道；尤其是在上隅角區域，適當改變進風風流方向，避免風流垂直采空區進；②防治工作面瓦斯災害。保證工作面的風速、風量要求符合《規程》要求，嚴格執行瓦斯檢查制度，對采空區及時封閉避免瓦斯泄露；當巷道內瓦斯濃度超過一定值時，應進行抽采處理；③防治煤炭自然發火。在防止自然發火時，需要對采空區自燃“三帶”進行束管監測與實時預警，采取向采空區注漿封閉或噴射阻化劑進行防治；同時在回采結束45d內永久封閉采空區，注意消防管路及其他電氣設備的操作安全；④防治工作面粉塵。在工作面生產過程中，若是風流速度過大，會將巷道內煤塵及巖塵等吹起，造成粉塵濃度超限進而可能引起爆炸，所以針對防治工作面粉塵而言，應建立完善的防塵灑水系統，對采煤機滾筒進行噴霧降塵處理，還可以采用通風負壓進行除塵，做好濃度測定和個人防護。

3 應用效果分析

10-108工作面的切頂留巷“W”型通風方式的實施效果需要考察工作面、回風巷道及采空區的有毒有害氣體情況，并對沿空留巷段的氣體樣本進行分析，監測巷道、采空區的漏風量等指標。

1）在沿空留巷段內布置束管探頭，監測不同位置的氧氣含量。探頭沿巷道的布置間距為50 m，每個位置布置2個探頭，2個探頭分別深入采空區，在垂直巷道方向的間距為25 m，如圖2所示。根據相鄰礦區的采空區自燃“三帶”劃分標準，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，各監測點監測結果見表2。隨著108工作面的不斷推進，切頂段的采空區逐漸壓實，與新鮮風流的貫通渠道逐漸減少，在“W”型通風方式下，采空區散熱帶和氧化帶的范圍明顯減少，遺煤自然發火的危險性降低。

表2 氧氣濃度監測結果

圖2 束管監測點示意圖

2）對工作面以及切頂段的有害氣體進行監測分析，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、采空區內部溫度穩定在16℃。無論是瓦斯含量還是CO濃度，均低于《規程》要求。采空區溫度未出現持續升高現象，內部遺煤及矸石氧化現象不明顯。因此，采用“W”型通風方式后的工作面安全性高于傳統“U”型通風。

10-108工作面采用切頂留巷“W”型通風方式后，采空區漏風量明顯減少，自燃“三帶”中窒息帶范圍明顯增加，氧化帶和散熱帶減少，遺煤自燃危險性降低。“兩進一回”式通風能夠減少回風隅角有毒有害氣體含量，降低工作面風流有害氣體濃度，對工作面安全生產有較大裨益。

4 結論

10-108工作面的切頂留巷技術能夠使得工作面通風方式轉變為“W”型“兩進一回”式通風方式，能夠消除傳統工作面采空區不完全垮落帶來的工作面漏風嚴重、遺煤自燃危害大、有毒有害氣體易累積的問題，應用該種通風方式后，108采空區窒息帶面積增加、散熱帶和氧化帶面積減小，有毒有害氣體濃度均低于《規程》要求，采空區溫度保持穩定。與傳統“U”型通風相比，工作面生產安全性能夠得到保證，符合礦井安全高效生產要求。