非常规通风系统采煤工作面的瓦斯综合治理

李文明

（山西焦煤集团投资有限公司，山西　太原　030021）

非常规通风系统采煤工作面的瓦斯综合治理

李文明

（山西焦煤集团投资有限公司，山西太原030021）

摘要合理、稳定、可靠的采煤工作面通风系统是煤矿安全生产的基础保障。采煤工作面通风系统的选择应在初步设计中明确，但由于地质条件或相关规定，采煤工作面的通风系统需变更时要根据现场实际情况进行调整。以西山煤电集团镇城底矿22606工作面为例，分析了22606工作面瓦斯涌出及通风系统的选择，介绍了非常规通风系统工作面治理的辅助措施及治理效果。

关键词非常规；通风；采煤工作面；瓦斯；治理

采煤工作面通风系统是矿井安全生产的基础保障，合理、稳定、可靠的通风系统是安全生产的前提，因此，合理选择采煤工作面的通风系统尤为重要，各种类型的通风系统具有不同的适用条件，对瓦斯矿井U型通风系统具有结构简单、巷道施工维修量小、工作面漏风小、风流稳定易管理的特点，在遇地质条件复杂、瓦斯涌出增大或采煤工作面巷道变更时，需要根据现场巷道布置情况选择适宜的通风系统，才能有效控制采煤过程中瓦斯的涌出，保证采煤工作面的安全生产。

1　矿井概况

西山煤电集团公司镇城底矿位于西山煤田西北隅，矿井井田南北长约5．6 km，东西宽约5．9 km，井田面积23．84 km2。1983年1月建矿，于1986年11月20日正式投产。矿井设计能力为150万t／a，经过对生产环节的改造，现核定生产能力为190万t／a，矿井采用斜井、立井综合开拓方式，目前开采2．3＃合并煤层、8＃煤层，镇城底矿历年被鉴定为瓦斯矿井，井下分4个采区。采煤方法为倾斜长壁后退式综合机械化采煤，是一座现代化矿井。

22606工作面位于南六采区南翼，北为采区巷道，南西邻矿界，北西、南东均为未采区。22606工作面所采煤层为2．3＃煤，煤层整体呈向斜构造形态，煤层稳定，两翼倾角为2°～11°，平均7°，煤层结构为1．79（0．45）0．44 m，结构较为复杂，厚度为2．38～2．95 m，平均2．68 m。煤质为肥煤，容重1．37 t／m3，煤尘具有爆炸性，属易自燃发火煤层。22606工作面顶板为灰色中砂岩，直接底为厚深灰色粉砂岩，老底为厚灰色粉砂岩。22606工作面采长252 m，走向长度2 215 m，工业储量205万t，推进长度2185 m，工作面采高2．3 m，可采储量202万t。

2　问题的提出

22606工作面是南六采区南翼的首采面，采区开拓送巷瓦斯涌出量呈增加趋势，采煤工作面预计瓦斯涌出量为10．2 m3／min。22606工作面最初设计不采用“U型”、“W型”等常规的通风系统而采用公司传统治理瓦斯的“U＋L”通风系统，即轨道巷进风，运输巷、中间巷回风。巷道布置见图1。22606工作面的3条顺槽均采用锚网支护，巷道净断面为12．8 m2。工作面巷道掘进施工完成后，为贯彻《煤矿安全规程》的要求，须对采煤工作面的通风系统进行变更。

图1　22606工作面巷道布置图

3　22606工作面瓦斯涌出分析及通风系统选择

22606工作面所在的南六采区瓦斯涌出相对较大，掘进送巷期间瓦斯绝对涌出量为1．0～1．6 m3／min。工作面周边、上下邻近煤层无采掘活动，围岩为砂岩，煤层埋藏深，因此，煤层内绝大部分瓦斯都吸附在煤体内，难以释放。22606工作面瓦斯来源有：工作面落煤涌出的瓦斯、工作面煤壁及顺槽煤壁逸散的瓦斯、工作面采空区遗煤及上面的薄煤层释放的瓦斯、本煤层的围岩（围岩、邻近层、采区的煤柱）以及地质构造的特殊地段涌出的瓦斯，在回采过程中均涌入回采工作面的生产空间。

图2　三种通风系统工作面、采空区风流瓦斯流向图

通风系统的选择须根据采煤工作面的瓦斯涌出、采空区的漏风等因素进行考虑，主要通风机产生的负压是作用于采煤工作面风流的动力，风流总是从风压大处流向风压小处。对于后退式采煤的工作面新鲜风流一部分沿采煤工作面的作业空间流动，一部分作为漏风进入采空区，工作面的风流及采空区大部分漏风最后汇合到工作面回风巷进入采区回风巷、主要回风巷经风井排出地面，根据工作面巷道的布置情况，22606工作面的通风系统可采用一进两回（轨道巷进风、运输巷和中间巷回风）、两进一回（轨道、运输巷进风、中间巷回风或轨道巷、中间巷进风，皮带巷回风）。三种通风系统的工作面、采空区风流见图2，对三种通风系统分析比较如下：

1）一进两回：采空区漏风扩散的跨径大，采空区漏风带出的瓦斯量也相应增大，工作面（中间巷与运输巷段）处在采空区逸出的瓦斯范围内，导致中间巷回风的瓦斯浓度为0．54%，运输巷回风的瓦斯浓度为0．56%，工作面（中间巷与运输巷段）瓦斯浓度在0．8%～1．1%。

2）两进一回（轨道巷、皮带巷进风，中间巷回风）：由于采空区漏风扩散的跨径较小，采空区漏风带出的瓦斯量小，但皮带巷运输煤逸散的瓦斯随风流进入工作面，增大了回风的瓦斯浓度，中间巷回风的瓦斯浓度经常在0．5%以上，中间巷正对的回风隅角由于工作面的采机、液压支架的移动使通风阻力变化而导致中间巷回风隅角范围无规律的移动变化，增加了瓦斯管理的难度。

3）两进一回（轨道巷、中间巷进风，皮带巷回风）：由于中间巷进风，降低了工作面轨道巷与中间巷两点间的气压差，采空区漏风所携带的瓦斯得到有效的控制，也保证了中间巷进行瓦斯抽放等作业点处于新鲜风流中。避免了工作面（中间巷与运输巷段）、中间巷的瓦斯浓度大和中间巷回风隅角范围不稳定的问题。

根据对上述通风系统对比分析及现场运行情况，采用轨道巷、中间巷进风，皮带巷回风的两进一回通风系统比较合理、可靠。

各通风系统的通风瓦斯情况见表1。

表1　22606采煤工作面三种通风方式的通风、瓦斯参数情况表

4　非常规通风系统工作面瓦斯治理的辅助措施

采用两进一回非常规的通风系统能够解决工作面及回风瓦斯浓度高和超限的问题，由于工作面风流、采空区漏风的因素，两进一回与普通“U型”的通风系统均存在上隅角通风死角和瓦斯聚集的问题，是通风管理重点和难点，无法保证工作面高产高效，因此，必须采取有针对性的辅助措施来进行综合治理．

4．1瓦斯分源抽放

在井下南六采区22606工作面附近设置抽放硐室，内设2套瓦斯抽放系统，在中间巷布置瓦斯抽放管，高负压小流量抽放系统采用2台BJW44YJ水环式真空泵，电机功率为75 kW，采区、中间巷布置DN200抽放管。低负压大流量系统采用2台2BEC50型水环式真空泵，电机功率为260 kW，采区和中间巷布置DN250抽放管。2套抽放系统均配有高低瓦斯传感器、断电仪、供水传感器、流量计及放水器等附属设施。采用ZDY4000S型全液压坑道钻机施工孔径为94 mm的钻孔，用聚氨脂封孔，封孔长度为6 m。

4．2本煤层、高位钻孔和低位钻孔进行瓦斯抽放

本煤层钻孔在中间巷向工作面（长端）施工，钻孔孔深180 m，孔间距5 m；高位钻孔在煤层顶板、中间巷两煤帮开孔，终孔布置在采面顶板垂高35～40 m、水平距中间巷30～80 m范围内，在中间巷每50 m设置1个钻场，每组5～6个钻孔，孔深100～130 m，终孔水平间距20 m；低位钻孔在中间巷在两帮向采煤工作面顶板裂隙带打平行孔，钻场间距为9 m，每组3个钻孔，孔深27 m，终孔位置在采煤工作面顶板冒落带，以及高位钻孔随着采煤工作面的推进，钻孔的有效终孔位置移至采空区的冒落带内形成的低位钻孔。本煤层钻孔和高位钻孔的抽放特点均是抽放负压高、流量小、瓦斯浓度高，接入小流量高负压系统中，抽放浓度在30%～50%，流量为14～20 m3／min。低位钻孔是抽放负压低、流量大、瓦斯浓度低，接入大流量低负压系统中钻孔的抽放浓度在3%～5%，流量为38～45 m3／min。

4．3减小采空区漏风

在工作面轨道、运输巷的端头切顶线后，随工作面推进每5 m，用编织袋装煤碴砌成墙垛，与顶、帮接实，喷洒聚氨脂，减小进、回风巷端头的采空区漏风跨径和漏风量，也能有效防止煤炭自燃发火。

4．4加强采区通风设施的管理

提高通风设施的施工质量和风门联锁等标准化管理，缩短通风设施检查、维护的周期，确保采区通风系统的可靠性、安全性和矿井的防灾抗灾能力。

5　效果分析

1）22606工作面采用非常规通风系统，回风巷的瓦斯浓度能控制在0．40%以下，上隅角瓦斯浓度控制在0．8%以下，有效解决了采煤工作面的瓦斯问题，工作面原煤日产达4 200 t，生产效率也得到提高。

2）提高了煤炭资源回收率，将原设计中皮带巷与中间巷间不可回收的煤柱完全回收，增加了近36万t产量。

3）采煤工作面采用多巷道通风，降低了通风风阻和通风费用，提高了矿井的通风能力。

6　结束语

1）两进一回非常规通风系统为矿井超长、需中途变更的采煤工作面通风系统的选择，提供了一种新的思路和借鉴的经验。

2）加强抽放系统的管理。严密监测高位钻孔随工作面推进，钻孔的终孔位置、抽放浓度的变化，发现抽放浓度降低流量增大时须立即将钻孔改接到大流量低负压的系统中，确保抽放瓦斯的效果。进一步推广地面永久瓦斯抽放系统、分源抽放的方法，确保矿井生产过程的抽放效果及稳定运行。

3）改进抽放、封孔工艺。大力推广大直径钻孔、抽放管路，降低抽放系统的工作阻力，提高抽放钻孔的封孔质量，避免由漏气造成的钻孔报废，以提高瓦斯抽放效果。

4）合理安排矿井采、掘、抽生产衔接，必须充分考虑通风系统和瓦斯的预抽，把采面的预抽和钻孔施工安排在采煤工作面备用期间，避免采煤工作面生产与中间巷道内钻孔施工等平行作业，不仅能提高瓦斯抽放效果，也能利用本煤层的钻孔进行煤体注水，提高钻孔的利用率。降低通风瓦斯管理难度，提高采煤工作面生产安全系数。

5）预测瓦斯绝对涌出量大于3 m3／min的采煤工作面，须结合抽放的方法解决采煤工作面瓦斯问题。

参考文献

［1］吴中立．矿井通风与安全［M］．徐州：中国矿业大学出版社，1992：7－8．

［2］张国枢．通风安全学［M］．徐州：中国矿业大学出版社，2000：133－150．

［3］何国益．矿井瓦斯治理实用技术［M］．北京：煤炭工业出版社，2011：50－52．

The Gas Integrate Govern of Unconventional Ventilation System in Coal Mining Face

中图分类号：TD712

文献标识码：B

文章编号：1672－0652（2014）01－0010－04

收稿日期：2013－11－06

作者简介：李文明（1972—），男，山西左云人，1996年毕业于山东矿业学院，工程师，主要从事煤矿通风管理工作（E－mail）498528678＠qq．com

Li Wen－ming

AbstractReasonable，stable and reliable ventilation system is the basis of coalface safety．So the selection of ventilation system must be clear in preliminary design，but due to geological conditions or related provides，it should be adjusted according to the actual situation．Takes 22606 coalface of Xishan coal and electricity group Zhenchengdi coal mine for example，analyzes the selection of ventilation system and gas emission situation in 22606 face，introduces the auxiliary measure of unconventional ventilation system for gas and governance effect．

Key wordsUnconventional；Ventilation；Coal mining face；Gas；Govern