沿空留巷工作面通風(fēng)安全可靠性的分析

侯雷杰

（山西蘭花科技創(chuàng)業(yè)股份有限公司大陽(yáng)煤礦分公司，山西 晉城 048003）

引言

沿空留巷具備煤炭回采率高、便于成巷以及緩解礦井采掘接替緊張局面等優(yōu)點(diǎn)，近些年來(lái)在煤礦中被廣泛應(yīng)用[1-2]。在山西、陜西以及內(nèi)蒙古等各煤炭主采區(qū)，沿空留巷技術(shù)在煤礦應(yīng)用中較為普遍[3]。部分礦井采用的沿空留巷技術(shù)由于未留設(shè)有護(hù)巷小煤柱或者未砌筑混凝土模柱等，容易在留巷段導(dǎo)致漏風(fēng)問(wèn)題，從而在一定程度上給沿空留巷工作面通風(fēng)系統(tǒng)安全運(yùn)行帶來(lái)一定影響[4-6]。為此，文中就以山西某礦3605 綜采工作面為研究對(duì)象，對(duì)采面通風(fēng)系統(tǒng)可靠性展開(kāi)探討，以期在一定程度上擴(kuò)大沿空留巷技術(shù)的推廣范圍。

1 工程概況

山西某礦3605 綜采工作面回采的3 號(hào)煤平均層厚度為4.3 m，煤層瓦斯含量平均為9.5 m3/t，煤層具有自燃發(fā)火危險(xiǎn)性（發(fā)火周期約為62 d）。3 號(hào)煤層頂?shù)装鍘r性以粉砂巖、砂質(zhì)泥巖為主。為了提高煤炭回采效率以及資源回收率，提出在3605 采面采用沿空留巷技術(shù)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的護(hù)巷煤柱方式，將保留下來(lái)的3605 運(yùn)輸巷給最為臨近的3607 采面回風(fēng)巷使用，具體采面留巷段位置見(jiàn)圖1 所示。

圖1 留巷段位置圖

3605 留巷段巷道支護(hù)采用錨網(wǎng)索支護(hù)方式，錨索有常規(guī)鋼絞線錨索（直徑18.6 mm×6 300 mm）、恒阻大變形錨索（21.8 mm×10 500 mm）兩種，常規(guī)鋼絞線錨索按照1 500 mm×1 500 mm 間排距布置，恒阻錨索布置在采面采空區(qū)幫500 mm 位置、布置一排，按照2 000 mm 間距布置；支護(hù)采用的錨桿為螺紋鋼錨索（直徑24 mm×2 500 mm），按照1 000 mm×1 000 mm 間排距布置。沿空巷道留巷完成后，3506 工作面通風(fēng)路線為：3605 軌道巷、3605 運(yùn)輸巷進(jìn)風(fēng)，風(fēng)流經(jīng)過(guò)3605 切眼后從留巷段流向3607 切巷，后經(jīng)過(guò)3607 運(yùn)輸巷流向采區(qū)集中回風(fēng)巷。

2 留巷工作面通風(fēng)可靠性分析

2.1 采面漏風(fēng)情況分析

在3605 綜采工作面采取沿空留巷技術(shù)后，留巷段與3605 采空區(qū)間無(wú)煤柱保護(hù)，同時(shí)由于在留巷段內(nèi)布置有切頂卸壓鉆孔，采空區(qū)頂板隨著采面推進(jìn)及時(shí)垮落，從而使得采空區(qū)頂板壓力釋放充分，因而在3605 工作面內(nèi)不存在有松散三角區(qū)，從而降低采面臨近采區(qū)空位置漏風(fēng)量。沿空留巷工作面漏風(fēng)主要集中在留巷段位置。為了掌握采面回采時(shí)漏風(fēng)情況，采用ANSYS 構(gòu)建模擬模形，對(duì)采面各位置風(fēng)流分布情況進(jìn)行分析，具體得到在距離采面機(jī)頭35 m、100 m、200 m 以及機(jī)尾位置處風(fēng)量分布情況見(jiàn)下頁(yè)圖2。

從圖2 看出，采空區(qū)內(nèi)漏風(fēng)量可占據(jù)到采面總漏風(fēng)量的30%，其中在采面進(jìn)風(fēng)巷與切巷交匯位置（進(jìn)風(fēng)上隅角）漏風(fēng)量占比約為7.4%，在距離機(jī)頭35～100 m、100～200 m 范圍內(nèi)采面漏風(fēng)量占比分別為3.6%、5.3%。采面漏風(fēng)主要集中在進(jìn)風(fēng)上隅角位置，即采面與留巷間形成的長(zhǎng)度約為60 m的三角區(qū)范圍內(nèi)。按照正常通風(fēng)情況，采面正常工程量約為1 600 m3/min，雖然綜采面有一定的漏風(fēng)，但是在采面機(jī)尾位置處風(fēng)量仍可達(dá)到1 058 m3/min，風(fēng)量可滿足通風(fēng)需要。

圖2 綜采面各位置風(fēng)量分布情況

綜合上述分析得出，沿空留巷工作面綜采區(qū)的Y 形通風(fēng)方式避開(kāi)了回風(fēng)上隅角位置，使得留巷段處于采面低負(fù)壓區(qū)，從而避免上隅角位置瓦斯集聚，可有效改善采面瓦斯治理難度的問(wèn)題。現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況分析，沿空留巷工作面綜采區(qū)的Y 形通風(fēng)系統(tǒng)具有較強(qiáng)的可靠性，不僅可為綜采面提供足夠的風(fēng)量而且可降低回風(fēng)上隅角位置瓦斯集聚，從而優(yōu)于傳統(tǒng)的U 形通風(fēng)系統(tǒng)。

2.2 采空區(qū)遺煤自燃分析

3605 綜采工作面開(kāi)采的3 號(hào)煤層自燃發(fā)火周期在62 d。通過(guò)ANSYS 分析得出，3605 沿空留巷工作面回采后采空區(qū)自燃三帶（散熱帶、氧化帶以及窒息帶）分布范圍為采面后方0～65 m、65～140 m 以及140 m 以外區(qū)域。3605 綜采工作面推進(jìn)速度平均為4.0 m，采面正常回采15.5 d 即可推進(jìn)過(guò)窒息帶，耗時(shí)僅占自燃發(fā)火期的1/4，預(yù)計(jì)綜采面正常生產(chǎn)期間采空區(qū)遺煤不會(huì)出現(xiàn)自燃。

同時(shí)3605 綜采工作面采取沿空留巷技術(shù)，采空區(qū)內(nèi)遺煤量相對(duì)較少，可降低采空區(qū)內(nèi)遺煤自燃概率。綜合分析，雖然采用沿空留巷后采空區(qū)漏風(fēng)量較U 形通風(fēng)有明顯降低，但是綜采面在正常回采時(shí)通過(guò)采取常規(guī)的防滅火技術(shù)，采空區(qū)遺煤出現(xiàn)自燃發(fā)火概率較低。

3 留巷段漏風(fēng)量降低措施

降低留巷段漏風(fēng)量不僅可減少采空區(qū)瓦斯涌出量，而且可避免采空區(qū)內(nèi)遺煤出現(xiàn)自燃。可通過(guò)降低采面供風(fēng)量、留巷段表面噴漿以及砌筑隔離墻等方式降低漏風(fēng)量。

在綜采面生產(chǎn)時(shí)應(yīng)將風(fēng)量控制在設(shè)定值范圍內(nèi)，不應(yīng)隨意調(diào)整采面供風(fēng)量，從而使得采面風(fēng)量在合理范圍內(nèi)，降低采空區(qū)漏風(fēng)量。對(duì)于漏巷段內(nèi)漏風(fēng)量較大的區(qū)域，可通過(guò)及時(shí)噴漿方式封堵漏風(fēng)裂隙，降低漏風(fēng)量。現(xiàn)場(chǎng)噴漿采用水泥單液漿，噴漿厚度控制在100 mm 以內(nèi)。

通過(guò)模擬分析得知，綜采面漏風(fēng)主要集中在采面與留巷段交匯位置以及采面進(jìn)風(fēng)巷與切眼交匯位置（進(jìn)風(fēng)隅角）。對(duì)于進(jìn)風(fēng)隅角可通過(guò)懸掛風(fēng)障方式減少采面漏風(fēng)量。而對(duì)于采面與留巷段交匯位置可采取砌筑擋風(fēng)隔離墻方式降低該位置漏風(fēng)量。

4 沿空留巷工作面通風(fēng)效果的分析

在3506 綜采工作面正常回采期間，對(duì)采面進(jìn)風(fēng)巷、切巷以及留巷段內(nèi)各位置風(fēng)速進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并對(duì)綜采面采空區(qū)內(nèi)溫度、CO 濃度等進(jìn)行監(jiān)測(cè)。從監(jiān)測(cè)結(jié)果看出，采面通風(fēng)系統(tǒng)中各位置風(fēng)速均在安全范圍內(nèi)，同時(shí)回風(fēng)巷內(nèi)瓦斯?jié)舛瓤刂圃?.06%以內(nèi)；采空區(qū)內(nèi)CO 濃度、溫度等均在正常范圍，未有自燃發(fā)火征兆發(fā)生。

5 結(jié)語(yǔ)

沿空留巷可在一定程度上提升礦井煤炭回采率并降低礦井普遍面臨的采掘接替緊張局面，是現(xiàn)階段深部開(kāi)采時(shí)常用的成巷技術(shù)。綜采面采用沿空留巷技術(shù)后，通風(fēng)方式由傳統(tǒng)的U 形變成Y 形，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用后不僅可降低綜采面瓦斯涌出量，而且采取適當(dāng)?shù)拇胧┖蟛粫?huì)增加采空區(qū)內(nèi)遺煤自燃發(fā)火的危險(xiǎn)性。

總體來(lái)說(shuō)，沿空留巷工作面通風(fēng)系統(tǒng)具有較強(qiáng)的可靠性，在沿空留巷技術(shù)應(yīng)用過(guò)程中重點(diǎn)是控制留巷段圍巖變形，從而給通風(fēng)系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行創(chuàng)造良好條件。