基于通风系统的高瓦斯基建矿井巷道施工优化

张爱平， 周树清， 王厚良， 穆朝云， 邓 中

（中煤第三建设（集团）有限责任公司二十九工程处，安徽 宿州 234000）

1 矿井概况

古城矿井井田东西长14～18．5km，南北宽8～10km，面 积157．648km2，开 采 标 高 由 ＋500m～－100m，副立井井口标高＋942．0m，垂深551m，直径8．5m，装备2套落地式摩擦轮提升机，井筒内布置1宽1窄特制双层罐笼和1个交通罐带平衡锤及玻璃钢梯子间，担负矿井全部人员、材料和一般设备的升降，并兼作进风井及安全出口；中央回风立井井筒直径8．0m，深度523m，井筒内布置玻璃钢梯子间，担负北一、北二盘曲回风任务，兼作矿井安全出口。

井田内含煤地层发育3、14和15－3号等3层可采煤层，矿井首期开采对象为3号煤层，3号煤层属全区开采的稳定煤层，直接顶底板为砂质泥岩、泥岩，局部为粉砂岩，强度较低，老顶老底为半坚硬～坚硬岩石，工程地质条件中等。煤层还原样与氧化样燃点之差△T1－3为5－23℃，属不易自燃煤层；煤尘有爆炸危险性。煤层可燃基瓦斯含量1．28～22．50ml∕g．daf，平均10．34ml∕g．daf，煤层瓦斯含量高，本井田相邻矿井均开采3号煤层，均属高瓦斯矿井。

2 巷道施工情况

2012年10月17日，安装在风井地面的FBCDZ－No34／2×630KW对旋抽出式通风机投入使用（一用一备），此时，井下布置了6个掘进工作面，巷道均处于回风状态，如图1（a）所示。为避免串联通风，唯有继续采用地面局部通风对工作面进行供风的方式。其中副井布置4路风筒，分别对候罐室、人车存车库以及东、西回车线4个工作面进行供风；风井布置2路风筒，分别对1＃、2＃回风大巷2个工作面进行供风（如图1（b）所示）。

图1 地面临时风机投入运行井下巷道施工情况

由于1＃、2＃回风大巷为3＃煤层的煤巷工作面，工作面风量为600m3／min左右（FBD NO8．0／2x45，Φ1000mm风筒），因工作面掘进期间瓦斯涌出量较大，为保证工作面的安全生产，于2012年12月12日，在候罐室内增加4台FBD NO8．0／2x45局部通风机（两用两备），对2个煤巷工作面各增设1路Φ1000mm风筒供风。此时，副井地面仍然布置了4路风筒，分别为重车线、轻车线以及东、西回车线4个工作面进行供风（如图1（b）所示）。

3 存在的问题

3．1 局部通风机安设问题

从巷道施工情况和通风网络图（如图2所示）可以看出，在地面临时通风机投入运行前后，巷道建设均集中在矿井临时回风的线路上，致使在地面临时通风机投入运行后2个月，仍然只有副井下口东、西马头门位置处于新鲜风流状态，但副井井筒淋水量较大，东、西马头门位置均不适合布置局部通风机，仍需采取地面局部通风机供风的方式。由于1＃、2＃回风大巷工作面瓦斯涌出量较大，于2012年12月12日在候罐室布置局部通风机，在候罐室布置风机实行串联通风向1＃、2＃回风大巷工作面进行供风。

图2 通风网络图

3．2 高瓦斯煤巷掘进效率低

3＃煤层为高瓦斯煤层，煤巷掘进期间瓦斯涌出量较大，采用1路风筒供风（600m3／min）和边抽边掘瓦斯治理方式，结合工作面瓦斯浓度低预警值（T1报警值设为0．5%）限制掘进的保障技术。为保证1＃、2＃回风大巷的安全施工，分别增设1路风筒进行供风。图3和图4分别为1＃、2＃回风大巷（煤巷）工作面增加风量后（1300m3／min）的日进尺及月累计进尺情况，从图中可以看出1＃回风大巷（煤巷）工作面日进尺最大为7．2m，月累计进尺为112．8m，平均日进尺只有3．6m；2＃回风大巷（煤巷）工作面日进尺最大为6．4m，月累计进尺为114．8m，平均日进尺只有3．7m。

图3 1＃回风大巷（煤巷）工作面日进尺及月累计进尺

图4 2＃回风大巷（煤巷）工作面日进尺及月累计进尺

4 巷道施工优化分析

地面局部通风机供风具有通风距离长和通风管理难度大的缺点，应尽快实现局部通风机入井供风［1－4］。因此，在地面临时主扇投入运行后，利用6路风筒完成轻车线（68．5m）、重车线（70．7m）、电机车充电硐室（57．7m）、西翼车场绕道（112．5m）、南 存 车 库 （54．7m）、东 存 车 库（56．4m）、避难硐室（125．6m）、以及回车线东（62．1m）、西翼巷道（57．4m）的施工（如图5（a）所示），以上巷道均为岩巷工作面，按100m／月计算，需2个月左右完成建设。

图5 巷道施工顺序优化及通风网络图

（1）、候罐室、东人车存车库及回车线东翼工作面的贯通在建设初期为东翼巷道的施工提供回风线路；

（2）、重车线与避难硐室完成施工后，可使候罐室以及重车线与水仓入口之间巷道处于新鲜风流状态；

（3）、轻车线、车场绕道以及电机车充电硐室完成施工后，可为西翼工作面提供回风线路，同时使得西候罐室、人车存车库（西）和人车存车库（南）处于新鲜风流状态。

此时，可建立如图5（b）所示的临时通风网络，处于新鲜风流的巷道数量明显增加，为局部通风机入井运行提供了安设地点，大大降低了局部通风管理难度，同时可实现井下其他巷道工程的全面开展，如图6所示。

图6 施工优化后可布置工作面情况

1＃、2＃回风大巷工作面在增加风量后，工作面月累计进尺均为114m左右，平均日进尺均只有3．7m左右，因此，为保障高瓦斯煤巷工作面安全、高效掘进，只有通过有效的瓦斯综合治理模式，预抽煤层瓦斯，降低煤层瓦斯含量，从而降低煤巷掘进期间的瓦斯涌出量［5－7］。为确保1＃、2＃回风大巷高瓦斯工作面安全高效掘进，可采用邻近巷道施工顺层钻孔预抽煤层瓦斯的方法，即在回车线西翼巷道内布置顺层钻孔预抽瓦斯（孔长100m左右，控制帮部以外15m区域，如图7所示），可延长高瓦斯煤层瓦斯预抽时间，从而实现高瓦斯煤巷的安全快速掘进。

图7 1＃、2＃回风大巷瓦斯治理方案

5 结 论

（1）古城煤矿在地面临时通风机投入运行前后，巷道建设工程均集中布置在矿井临时回风路线上，导致局部通风机未能尽早入井运行。在1＃、2＃回风大巷工作面（煤巷）掘进期间，瓦斯的涌出严重制约了掘进速度，单个工作面月累计进尺只有114m左右。

（2）在地面临时主扇投入运行后，利用6路风筒完成轻车线、重车线、电机车充电硐室、西翼车场绕道、人车存车库、避难硐室以及回车线（东、西翼）巷道的施工，可明显增加井下处于新鲜风流巷道的数量。

（3）高瓦斯煤巷掘进前，应充分考虑在待掘煤巷附近巷道施工瓦斯治理工程，可实现在不影响掘进的前提下，延长瓦斯治理时间，降低煤巷掘进期间工作面瓦斯涌出量。同时，在瓦斯综合治理中，应试验考察风排瓦斯量和瓦斯抽采量之间的关系，确定合理、有效的瓦斯抽采率，以期实现高瓦斯煤巷工作面安全快速掘进。

（4）针对基建矿井主、副（风）井贯通后，且在进入二期工程前必须形成全风压通风系统，井下工程仍需采用地面局扇进行供风，严重制约了矿井的建设速度问题，提出了矿井建设进入二期工程前应基于现有和未来一段时间临时通风系统的变化情况，且应充分考虑瓦斯治理工程实施方案，合理安排巷道施工网络，为局部通风机入井运行及井下工程的全面开展奠定基础。

1 张国枢．通风安全学［M］．徐州:中国矿业大学，2007．

2 程洪良，胡克峰，张志敏．矿井通风系统网络研究与改造［J］．山东煤炭科技；2005（01）:49－50．

3 陈长华．用通路法确定通风网络最优断面与风压［J］．辽宁工程技术大学学报；2003（04）::448－449．

4 吴 强．矿井通风系统优化及应用研究［D］．江西理工大学，2007．

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6 侯少杰，程远平，王海锋，等．单一松软强突出煤层瓦斯抽采技术［J］．煤矿安全，2010（2）:25－27．

7 袁 亮．松软低透煤层群瓦斯抽采理论与技术［M］．北京:煤炭工业出版社，2004．