U 型通風(fēng)系統(tǒng)綜采工作面上隅角瓦斯治理技術(shù)

顧嵇毓 楊志勇

（1.中檢集團公信安全科技有限公司，山東 棗莊 277500；2.國源礦業(yè)開發(fā)有限責(zé)任公司龍王溝煤礦，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017000）

1 概述

永明煤礦5202 工作面位于5 號煤西回風(fēng)大巷北翼，南鄰5 煤西回風(fēng)大巷保護煤柱線，北鄰502盤區(qū)煤層沖蝕區(qū)，東鄰5201 工作面采空區(qū)，西鄰5203 工作面回風(fēng)巷（未準(zhǔn)備）。

5202 工作面標(biāo)高+1061～ +1067 m，地面標(biāo)高+1150～ +1210 m，工作面走向長度473 m，傾斜長度193.3 m，面積為91 431 m2。該工作面總體構(gòu)造形態(tài)為一西向緩傾斜的單斜構(gòu)造，煤層傾角1°～3°，煤層厚度在1.1～1.2 m 之間，均厚1.15 m，厚度穩(wěn)定，含夾矸2～4 層，一般2 層，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，為可采的穩(wěn)定煤層，煤層硬度為f=2.1。

永明煤礦絕對瓦斯涌出量為0.67 m3/min，相對瓦斯涌出量為4.43 m3/t，屬低瓦斯礦井。根據(jù)陜西煤礦安全裝備檢測中心關(guān)于該礦煤層煤塵爆炸性、煤自燃傾向性報告，煤層火焰長度大于400 mm，抑制煤塵爆炸最低巖粉用量大于90%，煤塵具有爆炸危險性。工作面在回采前期多次出現(xiàn)上隅角瓦斯超限現(xiàn)象，致使工作面斷電3 次，被迫停產(chǎn)4.5 d，嚴(yán)重制約著工作面安全高效回采。

2 工作面上隅角瓦斯積聚原因分析

（1）5202 工作面采用U 型通風(fēng)系統(tǒng)，工作面配風(fēng)量為365 m3/min，工作面回采期間新鮮風(fēng)流由運輸順槽進(jìn)入工作面，污風(fēng)由回風(fēng)順槽流入采區(qū)回風(fēng)巷。在風(fēng)壓作用下，工作面通風(fēng)過程中局部風(fēng)流沿下隅角以及支架間隙流入采空區(qū)內(nèi)，采空區(qū)內(nèi)風(fēng)流將采空區(qū)瓦斯帶出，并在工作面上隅角匯集，從而導(dǎo)致上隅角瓦斯積聚，如圖1。

圖1 5202 工作面上隅角瓦斯積聚示意圖

（2）采用U 型通風(fēng)系統(tǒng)時，上隅角風(fēng)壓最小，工作面回采時產(chǎn)生的瓦斯在上隅角處出現(xiàn)斡旋現(xiàn)象，而且瓦斯體積小，一般分布在工作面頂板處，導(dǎo)致風(fēng)流無法把上隅角瓦斯帶出，加上采空區(qū)瓦斯溢出，造成上隅角瓦斯積聚。

（3）5202 工作面地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，工作面回采期間預(yù)計揭露14 條斷層，斷層平均落差為1.1 m，平均傾角為45°。受地質(zhì)構(gòu)造影響，工作面回采后采空區(qū)內(nèi)遺煤量大，采空區(qū)內(nèi)遺煤長期堆積釋放瓦斯，并在漏風(fēng)流的作用下帶入上隅角，導(dǎo)致上隅角瓦斯超限。

3 上隅角瓦斯治理技術(shù)應(yīng)用

為了有效解決5202 工作面上隅角瓦斯積聚現(xiàn)象，決定對工作面采取“沿空留巷抽排+煤柱孔帶抽”聯(lián)合瓦斯治理技術(shù)[1-5]。

3.1 沿空留巷抽排技術(shù)

（1）首先在5202 工作面回風(fēng)順槽與5203 回風(fēng)順槽每隔200 m 施工一個通風(fēng)橫貫，通風(fēng)橫貫長度為25 m，寬度為4.0 m，高度為3.5 m。橫貫內(nèi)支護設(shè)計與5202 回風(fēng)順槽支護設(shè)計相同。

（2）通風(fēng)橫貫施工完后，在距橫貫與5203 回風(fēng)順槽貫通口5.0 m 處施工兩道料石與混凝土砌筑的密閉墻，密閉墻體厚度為1.0 m。密閉墻砌筑期間必須保證墻體深入至巷道頂?shù)准皟蓭兔后w內(nèi)0.5 m。

（3）兩道密閉墻施工完后，在兩道密閉墻距頂板1.0 m 處施工兩個直徑為50 mm 圓孔，孔間水平距為1.5 m。圓孔施工完后對孔內(nèi)埋入兩根直徑為45 mm 抽采管。

（4）在通風(fēng)橫貫與采空區(qū)之間施工一道彎曲料石隔離墻，隔離墻寬度為1.0 m，如圖2。隔離墻拐點距橫貫巷幫距離為1.0 m，隔離墻A 段垂直巷幫施工，隔離墻B 段與A 段成120°夾角布置，切墻體端頭距橫貫右?guī)途嚯x為1.7 m。隔離墻施工完后在墻體兩側(cè)施工護墻柱，柱體間距為0.8 m。

圖2 5202 工作面沿空留巷、密閉墻埋管平面示意圖

（5）隔離墻施工完后分別在橫貫以及5203 回風(fēng)順槽內(nèi)施工兩個木垛，木垛長度為1.2 m，寬度為0.8 m。木垛主要采用道木成“井”字形搭接而成，直至木垛與頂板接觸嚴(yán)實。

（6）當(dāng)工作面推進(jìn)后第一個貫通橫貫甩入采空區(qū)后及時對上隅角與橫貫之間進(jìn)行沿空留巷，留巷寬度為1.5 m。沿空留巷采空區(qū)側(cè)采用堆柱支護頂板，堆柱間距為0.8 m，堆柱后在堆柱上鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)以及水泥毯將采空區(qū)與沿空留巷隔斷。

（7）工作面在回采過程中當(dāng)通風(fēng)橫貫進(jìn)入采空區(qū)10 m 后開始進(jìn)行瓦斯預(yù)抽，當(dāng)工作面推進(jìn)至第二個通風(fēng)橫貫后及時密閉第一個通風(fēng)橫貫，并在第二個通風(fēng)橫貫埋管進(jìn)行瓦斯預(yù)抽。

3.2 煤柱孔帶抽

隨著工作面不斷推進(jìn)，當(dāng)?shù)谝粋€通風(fēng)橫貫進(jìn)入采空區(qū)150～200 m 處時，沿空巷長度增加，沿空巷內(nèi)風(fēng)壓降低風(fēng)阻增大，導(dǎo)致沿空留巷抽排效果降低，上隅角瓦斯?jié)舛仍黾印Ｋ詾榱私鉀Q這一技術(shù)難題，決定施工煤柱孔進(jìn)行帶抽。

（1）當(dāng)?shù)谝粋€通風(fēng)橫貫進(jìn)入采空區(qū)150 m 后開始對上隅角進(jìn)行煤柱孔帶抽施工。煤柱孔從5203回風(fēng)順槽向5202 回風(fēng)順槽施工，孔深為25 m，方位角為90°，傾角為-1°～2°。

（2）共計施工三組煤柱孔，每組10 孔，孔間距為1.0 m，孔直徑為50 mm。煤柱孔距頂板間距為1.5 m，相鄰兩組孔間距為10 m。

（3）鉆孔施工完畢后對上隅角進(jìn)行負(fù)壓抽采。鉆孔瓦斯抽采期間應(yīng)安排通風(fēng)區(qū)負(fù)責(zé)煤柱孔日常管理，有塌孔、串孔現(xiàn)象時必須及時補打，并根據(jù)抽采現(xiàn)狀及時調(diào)整煤柱孔數(shù)量，達(dá)到集中抽采效果。

4 結(jié)語

5202 工作面對上隅角采取“沿空留巷抽排+煤柱孔帶抽”聯(lián)合瓦斯治理技術(shù)后，通過工作面后期回采3 個月實際應(yīng)用效果來看，采取聯(lián)合措施后解決了工作面?zhèn)鹘y(tǒng)U 型通風(fēng)系統(tǒng)導(dǎo)致上隅角瓦斯積聚、瓦斯治理難度大等技術(shù)難題。工作面后期回采期間上隅角瓦斯?jié)舛瓤刂圃?.2%～0.4%范圍，未出現(xiàn)因上隅角瓦斯超限導(dǎo)致工作面斷電現(xiàn)象，保證了工作面安全高效回采，取得了顯著成效。