綜采工作面通風系統優化及瓦斯治理效果分析

云 霄，張立卓，姬忠峰

（中檢集團公信安全科技有限公司，山東 棗莊 277101）

1 25102 綜采工作面概述

鑫臻煤礦25102 綜采工作面位于二水平5-1 煤一盤區，一水平3-1 煤13201、13202 采空區下方，25102 主運順槽東側為25103 備采工作面，25102 回風順槽西側為25103 準備工作面，保護煤柱為20 m，25102 工作面切眼距離井田邊界25 m，距離寸二礦3-1 煤22111 工作面28.4 m，距離5-1 煤31201 工作面204.8 m。25102 工作面掘進長度2 285.4 m，回采長度為2 149.8 m，寬度249.2 m，煤層厚度為5.62～6.18 m，平均煤厚5.9 m，本工作面計劃于2021 年11 月中旬開始回采[1-2]。

瓦窯坡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，屬瓦斯礦井。25102 綜采工作面前期主要采用“U”型通風系統，工作面設計配風量為1 826 m3/min，由于受工作面通風系統及瓦斯抽采技術限制，工作面回采前期上隅角頻繁出現瓦斯超限現象，最大瓦斯濃度達1.7%，回采煤層瓦斯抽采率不足22%。

2 工作面通風系統優化

為了解決25102 工作面傳統“U”型通風時風阻大、上隅角瓦斯超限等技術難題，決定對工作面通風系統進行合理優化，提出了“Y”型通風系統。

2.1 通風系統構筑

25102 工作面回風順槽西側為25103 準備工作面，中間預留保安煤柱寬度為25 m，構筑“Y”型通風系統前，在25102 回風順槽與25103 工作面回風順槽之間施工通風橫貫，橫貫布置間距為100 m，橫貫斷面規格為寬×高=3.5 m×3.0 m；在橫貫頂板往下1.5 m 處安裝1 趟直徑為132 mm 的瓦斯抽采鋼管，如圖1 所示。

圖1 25102 工作面“Y”通風平面示意圖

在對工作面進行回采時，25102 運輸順槽為主進風巷，回風順槽為輔助進風巷，位于原工作面上隅角處沿空留巷，留巷段為主回風巷，風流通過沿空巷、通風橫貫進入25103 回風順槽內，最后進入盤區總回風巷，“Y”型通風系統總配風量為1 540 m3/min，其中25102 運輸順槽配風量為1 040 m3/min，回風順槽配風量為500 m3/min。

2.2 通風系統沿空巷維護

當通風橫貫進入采空區3.0 m 處時，進行沿空留巷支護，布置一排擋矸支架，擋矸支架由工字鋼頂梁和U29 棚腿組成，頂梁長度為0.5 m，棚腿長度為3.5 m，擋矸支架支設間距為0.5 m。

擋矸支架支設完成后，在同一排支架上掛風筒布以及鋼筋網，鋼筋網與擋矸支架之間采用鉛絲進行捆綁。鋼筋網采用直徑為6 mm 的圓鋼焊接而成，每片鋼筋網長度為1.5 m、寬度為1.0 m。

鋼筋網鋪設完成后，在鋼筋網外側掛設水泥簾，每卷水泥簾長度為5.0 m、寬度為2.0 m，水泥簾一端通過錨桿固定在沿空巷頂板上，水泥簾的質量為45 kg/m，相鄰2 卷水泥簾搭接寬度為0.5 m。

3 工作面綜合瓦斯抽采技術

3.1 采空區埋管瓦斯抽采

為了對采空區瓦斯進行抽采，在進行沿空留巷時，在位于采空區側巷幫安裝瓦斯抽采軟管，軟管直徑為110 mm，軟管延伸采空區內長度為10 m，軟管端頭安裝直徑為110 mm 的法蘭盤，軟管沿沿空巷走向布置，布置間距為10 m，每段沿空巷布置5 根采空區瓦斯抽采軟管[3]。

在所有瓦斯抽采軟管法蘭盤上安裝1 個混合器，混合器變頭法蘭盤直徑為132 mm，在混合器法蘭盤與通風橫貫上瓦斯抽采管之間安裝1 根抽采軟管，將通風橫貫瓦斯抽采管路與15103 回風順槽內安裝的主瓦斯抽采管路進行連接，主管路直徑為800 mm，主管路與采區臨時瓦斯抽采泵站連接[4]。

3.2 邁步式順層鉆孔瓦斯抽采

瓦斯抽采鉆孔沿工作面回風順槽、運輸順槽側煤壁布置，回風順槽側鉆孔在超前工作面50 m 布置，布置間距為20 m，鉆孔開口位置距頂板1.0 m，鉆孔深度為100 m，鉆孔直徑為75 mm，鉆孔以5°俯角布置。

運輸順槽處瓦斯抽采鉆孔超前工作面60 m 布置，鉆孔布置間距為20 m，鉆孔水平投影與回風順槽鉆孔呈交錯邁步式布置，鉆孔深度為100 m，直徑為75 mm，鉆孔開口位置距底板間距為1.0 m，且以5°仰角布置。

順層鉆孔布置完成后，對鉆孔內安裝瓦斯抽采支管，將支管與橫貫內管路連接進行瓦斯抽采，單孔瓦斯抽采時間不得低于10 d，當工作面推進至距抽采鉆孔3.0 m 時立即停止抽采，并對鉆孔進行封堵。

3.3 高位裂隙鉆孔抽采

工作面回采過程中，受采動影響，上覆頂板出現裂隙，形成瓦斯富集區，為了避免頂板垮落過程中富集區瓦斯涌入工作面，對頂板裂隙區布置高位裂隙鉆孔[5]。

為了實現高位裂隙鉆孔施工、瓦斯抽采與工作面回采協同作業，將高位裂隙鉆場布置在通風橫貫內，鉆場布置間距為30 m，每個鉆場內布置4 個高位裂隙鉆孔，如圖2 所示。

圖2 25102 工作面瓦斯抽采施工平面示意圖（未標單位：mm）

鉆孔編號為1 號、2 號、3 號、4 號，鉆孔直徑為75 mm，深度為80 m，其中1 號鉆孔水平偏角為5°，2號鉆孔水平偏角為10°，3 號鉆孔水平偏角為15°，4 號鉆孔水平偏角為20°，鉆孔布置仰角為15°。

4 實際應用效果分析

4.1 “Y”型通風優點分析

1）解決了上隅角瓦斯超限問題：采用傳統的“U”型通風系統時，工作面回風順槽側存在上隅角，而采用“Y”型通風系統后，改變了工作面風流流動線路，解決了上隅角處窩風現象；同時對工作面采用沿空留巷，后期可通過沿空巷進行采空區分源抽采，能夠進一步提升礦井抽放系統能力，充分防治瓦斯涌出。

2）減少了采空區漏風量：采用傳統“U”型通風時，由于工作面兩端存在風壓差，風流進入工作面后，在風壓差作用下，架間間隙形成漏風通道，導致采空區內漏風量大，工作面風阻大；而采用“Y”通風系統后，工作面兩端頭巷道均為進風巷，在工作面上下隅角處風壓差小，減少了采空區漏風量，降低了風阻，提高了工作面通風效率。

4.2 瓦斯抽采效果分析

4.2.1 降低了上隅瓦斯濃度

25102 工作面采用“Y”型通風系統后，解決了傳統“U”型通風時上隅角“窩風”現象，同時通過沿空巷埋管進行采空區瓦斯抽采，減少采空區瓦斯向上隅角涌出現象。由圖3-1 可知，工作面回采在40 m 范圍內上隅角處瓦斯積聚升高，主要原因由兩方面：一方面是沿空巷中風流為工作面總回風流，回風中含瓦斯；另一方面是工作面回采前40 m 采空區瓦斯抽采效率低，未達到設計負壓值，造成局部采空區瓦斯向沿空巷內涌出。在40 m 后上隅角處瓦斯趨于穩定，最大瓦斯濃度（體積分數）為0.44%。

圖3 綜采瓦斯抽采后工作面瓦斯抽采量及上隅角瓦斯濃度變化曲線圖

4.2.2 提高了工作面瓦斯抽采率

25102 工作面采用采空區埋管、順槽鉆孔以及高位裂隙孔瓦斯抽采后，工作面瓦斯抽采效率得到了明顯提高。根據圖3-2 可知，抽采前期由于采空區、頂板裂隙以及煤層內富含高濃度瓦斯，在工作面推進前50 m 范圍內，采空區、煤層以及裂隙帶瓦斯抽采量呈直線上升趨勢，隨著抽采負壓的提高，煤層及采空區內瓦斯濃度降低，抽采量逐漸降低，最終采空區瓦斯抽采量穩定在15.4 m3/min，高位鉆孔瓦斯抽采量穩定在10 m3/min，煤層瓦斯抽采量穩定在22.3 m3/min；工作面瓦斯總抽采率達42.8%，總回風流中瓦斯濃度低于0.7%。

5 結語

鑫臻煤礦對25102 綜采工作面通風系統進行合理優化，提高了工作面通風穩定性，降低了通風阻力以及采空區漏風量，解決了傳統“U”型通風系統存在的技術難題。采用綜合瓦斯抽采技術后，降低了回采煤層、采空區、上覆裂隙帶瓦斯濃度，保證了工作面安全高效回采，取得了顯著應用成效。