综采工作面通风系统优化浅析

摘要综采工作面U型通风系统在回采过程中，常遇到风阻大、漏风量大以及上隅角瓦斯集聚等问题，本文以店坪煤矿205综采工作面为研究对象，对其通风系统进行合理优化，提出了以沿空留巷为基础建立“Y型”通风系统，并对沿空留巷加强安全支护，杜绝了采空区漏风量大和上隅角瓦斯超限现象，应用效果显著。

关键词综采工作面；通风系统；Y型通风；沿空留巷

1概述

霍州煤电集团有限责任公司店坪煤矿205工作面位于830m水平二采区西翼，工作面东为830系统大巷，西为井田边界，南与9-203工作面（已圈出）相邻，北面与9-207工作面（正在回采）相邻。205工作面设计走向长度为1373m，倾向长度为246m，工作面回采煤层为9#煤层，煤层平均煤厚3.0m，平均倾角为2°。煤层顶底板岩性见表1。205工作面采用综合机械化回采工艺，初步设计中工作面采用一进一回“U”型通风系统，工作面通风量为2115m3/min。9#煤层自燃倾向性为Ⅱ级，有爆炸危险性。煤层中瓦斯绝对涌出量3.66m3/min，相对涌出量为0.72m3/t。

2U型通风系统存在的问题

2.1U型通风现状

203工作面为205工作面邻近工作面，工作面设计走向长度为1700m，倾向长度为205m，工作面于2020年4月12日已回采结束。203工作面主要采用U型通风系统，2031巷为进风巷，2032巷为回风巷，工作面设计配风量为2087m3/min。203工作面在回采过程中共计出现11次上隅角瓦斯超限现象，最高瓦斯超限浓度达2.2%，平均瓦斯浓度为1.3%，导致工作面瓦斯超限断电5次，工作面断电总时长为17.5h，严重威胁工作面安全高效回采。

2.2U型通风上隅角瓦斯超限原因分析

（1）通风系统不合理。203工作面采用U型通风系统，工作面回风流到达上隅角处时出现风流斡旋现象，导致工作面回风流中局部瓦斯在随窝风风流在上隅角上部出现积聚，积聚的瓦斯不能及时被排除，出现瓦斯积聚现象。（2）采空区漏风量大。203工作面共计安装了127架支架，端头支架与进风顺槽非煤壁侧巷帮之间间距达0.7m，以及支架在分段移架时，架与架之间存在间隙，从而形成采空区漏风通道。通过实测工作面回采期间采空区漏风量达87m3/min，漏风风流在采空区负压作用下流经上隅角，从而导致采空区内瓦斯通过风流带至上隅角。（3）采空区遗煤量大。9#煤层地质条件单一，煤层内主要以中小断层为主，且全部为正断层。203工作面在回采过程中共计揭露19条中小断层，工作面采用强行破岩法回采过断层，在过断层期间局部煤炭遗留至采空区内，遗煤内吸附的瓦斯在采空区内释放，并通过上隅角以及架间间隙涌出，导致上隅角瓦斯积聚超限。（4）裂隙瓦斯涌出量大。9#煤层直接顶主要为砂质泥岩，该岩体致密成脆性，岩体单轴抗压强度为22MPa，在回采应力及周期来压作用下工作面超前50m范围内直接顶出现断裂现象，直接顶内形成裂隙带，煤层内瓦斯在顶板裂隙带内富集，工作面回采后直接顶垮落，富集瓦斯随顶板垮落后涌入采空区，造成上隅角瓦斯积聚。

3通风系统优化改进

根据203工作面回采情况，为了解决工作面上隅角瓦斯超限、采空区漏风等技术难题，决定对205工作面通风系统进行优化[1-5]，建立“Y”型通风系统。

3.1Y型通风系统方案

205工作面邻近207工作面，采用Y型通风系统时减少一条回采巷道，即205工作面与207工作面共用一条巷道（沿空巷），如图1。采用Y型通风系统时2051巷为主进风巷，配风量980m3/min，2052巷为辅助进风巷，配风量750m3/min。工作面回采新鲜风流沿2051巷进入工作面，污风沿沿空留巷段经207切眼、2072巷进入盘区回风巷。

3.2沿空留巷支护技术

为了保证工作面安全回采，提高沿空巷围岩稳定性，防止采空区内有害气体向沿空巷内涌入，决定对沿空巷采取“爆破切顶施工+安装挡矸装置+架设矩形工字钢棚”联合控制技术。3.2.1爆破切顶施工。（1）切顶施工目的。为了防止205工作面采空区垮落时对沿空巷顶板产生剪切破坏作用，对沿空巷与采空区边缘施工爆破钻孔，对钻孔内安装聚能管以及矿用乳化炸药，提前进行爆破预裂施工，使工作面顶板沿工作面走向方向形成贯穿裂隙，当工作面回采后采空区顶板沿贯穿裂隙直接垮落，避免了采空区垮落时对沿空巷顶板产生破坏作用。（2）爆破切顶钻孔布置参数。采用液压钻机配套直径为65mm合金钢钻头进行爆破钻孔施工，钻孔施工直径为70mm，钻孔布置在距工作面煤壁0.3m处顶板上，钻孔深度为6.5m，钻孔布置间距为3.0m，钻孔沿直线进行布置。（3）爆破切顶施工工艺。①在沿空巷顶板施工爆破切顶钻孔，钻孔超前工作面30m布置，钻孔施工完后及时清理钻孔内煤屑；②钻孔施工完后对钻孔内安装聚能管，每根聚能管长度为3.0m，直径为65mm，聚能管两侧均匀布置一排直径为10mm孔，孔间距为0.3m，每个钻孔内安装两节聚能管，管与管之间采用丝扣连接；③对聚能管内填装两支矿用乳化炸药以及一支毫秒延期电雷管，对钻孔孔口处采用水炮泥进行封堵，封堵长度不得低于1.0m。待所有工序完成后依次进行爆破。3.2.2安装挡矸装置。为了防止采空区垮落时采空区内岩体以及有害气体涌入留巷段，需在沿空巷位于工作面一侧安装挡矸装置。（1）工作面回采后及时在架后5.0m范围内安装挡矸装置，挡矸装置主要由顶梁和棚腿组成。顶梁长度为0.5m，采用11#工字钢梁制成，顶梁两端各焊制一个直径为30mm支护孔；棚腿采用U29型钢制成，棚腿两侧各焊制5个直径为30mm圆环。（2）挡矸装置安装时先安装顶梁，顶梁采用两根长度为1.5m、直径为22mm锚杆进行固定，顶梁沿巷道走向布置，且布置在距切顶孔0.2m处；顶梁安装后采用卡缆将顶梁与棚腿进行固定。（3）挡矸装置安装间距为0.5m，挡矸装置安装后在相邻两架挡矸装置之间采用5根长0.5m、直径为20mm圆钢拉杆进行连接固定。（4）待所有挡矸装置安装后，在挡矸装置之间铺设一层钢筋网，钢筋网与挡矸装置之间采用铅丝固定。钢筋网铺设后在其外侧铺设一层风筒布。3.2.3施工走向锚索吊棚。为了防止采空区垮落时，受采空区残余应力影响，导致留巷段顶板出现破碎、垮落现象，决定对留巷断层顶板施工两排走向迈步式吊棚。（1）205工作面沿空巷段施工的走向锚索吊棚主要由一根工字钢梁和恒阻锚索组成，钢梁长度为3.5m，钢梁上焊制两个锚索钻孔，孔间距为2.5m。为了防止钢梁两侧边对顶板产生切顶破坏作用，在钢梁与顶板接触一侧焊接一块厚度为8mm钢板。（2）锚索吊棚沿巷道走向布置，第一排锚索吊棚施工在距挡矸装置0.5m处，锚索吊棚成直线布置，每架吊棚布置间距为1.0m；第二排锚索吊棚与第一排布置排距为1.5m，相邻两架锚索吊棚成迈步式布置。如图2。图2205工作面沿空留巷段支护平面示意图（mm）

4Y型通风系统应用效果

4.1Y型通风系统优点

（1）减少巷道掘进工程量。205工作面采用Y型通风系统后与207工作面共用一条巷道，与U型通风系统相比，减少一条巷道，同时采用Y型通风系统后相邻两个工作面之间无需预留煤柱，提高了工作面回采效率，减少了采空区内遗煤量。（2）减少风阻及配风量。采用两进一回的“Y”通风系统后，降低了工作面通风风阻，减少了工作面通风风量，实测205工作面采用Y型通风系统后总配风量为1730m3/min，与设计配风量相比减少385m3/min。（3）减少采空区漏风量。采用Y型通风系统后降低了工作面头尾顺槽两侧风压差，减少了采空区漏风量，通过现场测定205工作面回采过程中采空区漏风量不足85m3/min。（4）避免上隅角瓦斯积聚。与U型通风系统相比，采用Y型通风系统后工作面不存在上隅角，同时采空区内负压小、采空区漏风量小，避免了采空区内有害气体涌入工作面，解决了U型通风系统上隅角瓦斯积聚、采空区有害气体涌出量大等问题。

4.2实际应用效果分析

（1）降低工作面瓦斯浓度。截至2020年12月24日205工作面已回采650m，工作面采用Y型通风系统回采过程中未出现一次瓦斯超限断电现象，实测工作面落煤点机道处平均瓦斯浓度为0.7%，沿空留巷段平均瓦斯浓度为0.9%，采用束管监测系统对采空区内瓦斯监测发现，在架后30m范围内平均瓦斯浓度不足0.6%。（2）提高经济效益。205工作面采用Y型通风系统后，减少了采掘巷道布置数量，减少巷道掘进工程量达1300m；同时205工作面与207工作面之间无需预留煤柱，可增加煤柱回采量，提高了回采率和经济效益。

【参考文献】

［1］焦明玉.综采工作面通风系统的优化[J].机械管理开发，2021，36（09）：180-181.

［2］和凯敏.沿空留巷工作面漏风规律分析及通风优化[J].自动化应用，2020（11）：143-144+147.

［3］李伟龙.小西煤矿综采工作面通风系统优化[J].山西化工，2020，40（05）：141-142.

［4］尹宝.W型通风系统在综采工作面中的应用分析[J].能源与节能，2020（09）：159-160.

［5］温志新.薄煤层工作面上隅角瓦斯治理实践[J].江西煤炭科技，2015（04）：35-38.

作者:王鑫 单位:霍州煤电集团有限责任公司