岳城矿U型通风系统配合大流量抽采技术研究

李宏山

(晋城煤业集团 凤凰山矿，山西 晋城 048006)

·专题综述·

岳城矿U型通风系统配合大流量抽采技术研究

李宏山

(晋城煤业集团 凤凰山矿，山西 晋城 048006)

岳城矿在上分层工作面采用“U”型通风方式，并配合大流量抽采技术进行抽采试验，试验后，上隅角瓦斯浓度由0.32%～0.40%降至0.20%～0.3%，工作面风排瓦斯量由试验前的9.8 m3/min降至3.85 m3/min. 节省了约1 000 m3/min的风量，释放了通风能力，在通风效益、施工成本等方面共节约成本70.16万元。

“U”型通风方式；瓦斯抽采；大孔径高位钻孔；高位钻场；采动井；采空区

岳城煤矿为高瓦斯矿井，现回采煤层为3#煤层，开采方法为分层开采。上分层综采工作面通风系统为多巷通风，下分层综采工作面为一进一回“U”型通风系统。上分层综采工作面采用多巷通风系统时，回风隅角处留设有回风通道，能够保证回风隅角处的瓦斯浓度平稳，但是却存在采空区通风，与《煤矿安全规程》第116条要求不相符。同时多巷通风还存在浪费材料，劳动强度大、通风系统调整频繁等弊端。因此，该矿在上分层综采工作面应用了“U”型通风系统进行试验，效果良好。

1 1308(上)工作面U型通风瓦斯治理措施

1) 本煤层钻孔抽采。

在13081巷、13083巷顺槽巷道施工的普通交叉钻孔及钻场施工的定向钻孔实施本煤层抽放，抽采纯量为3.25 m3/min.

2) DN113大孔径高位钻孔抽采。

在13082巷11#横川及辅助回风巷施工DN113大孔径高位钻孔。大孔径高位钻孔使用定向钻机施工，将钻孔均匀布置于距巷道顶板5～6倍采高的裂隙带，倾向控制范围24 m，走向控制200～300 m[1,2]. “U”型系统应用期间瓦斯抽采纯量为12.12 m3/min. 1308(上)工作面大孔径高位钻孔示意图见图1.

3) 高位钻场采空区抽采。

在13082巷9横川和18横川分别施工1#和2#高位钻场。高位钻场由13082巷向13081巷垂直方向按30°爬坡施工32 m斜巷，然后再施工6 m平巷(高抽巷位于3#煤层顶板上方12 m)，采用锚网联合支护，钻场宽4 m，高2.2 m，斜巷宽2.2 m，高2.2 m，斜巷长32 m. 高抽钻场内布置18个钻孔，左帮、正前及右帮各布置6个钻孔。每个高位钻场钻孔沿煤层走向可覆盖300 m的抽采范围，沿煤层倾斜方向可覆盖40 m的抽采范围[3]. 在工作面内“U”和外“U”巷道之间的联络巷煤柱内施工高位钻场，通过布置扇形抽放钻孔对工作面回风隅角上部裂隙带进行覆盖控制，以此对采空区瓦斯进行抽放[4,5]. “U”型系统应用期间瓦斯抽采纯量为11.32 m3/min. 钻场覆盖范围达到300 m时高位钻场示意图见图2.

图1 1308(上)工作面大孔径高位钻孔示意图

图2 钻场覆盖范围达到300 m时高位钻场示意图

4) 地面采动井瓦斯抽采。

随着1308(上)工作面的不断回采，待工作面回采推过预先施工的地面6#采动钻井时，开启6#采动钻井对采空区裂隙带瓦斯进行抽放，抑制采空区瓦斯涌出[6，7]. “U”型系统应用期间瓦斯抽采纯量为6.25 m3/min. 1308工作面地面采动井布置图见图3.

图3 1308工作面地面采动井布置图

5) 联络巷密闭墙埋管抽采。

通过在工作面内“U”和外“U”的联络巷密闭墙内埋设DN377抽放管路对回风隅角靠近老空侧的采空区瓦斯进行抽放，以此解决采空区瓦斯问题。同时结合现场采空区系统抽放情况，在试验过程中从回风立井底专门敷设一趟DN377采空区抽放管路对联络巷进行埋管集中抽放，“U”型系统应用期间瓦斯抽采纯量为3.06 m3/min. 工作面联络巷埋管采空区抽采示意图见图4.

图4 工作面联络巷埋管采空区抽采示意图

6) 其他保障措施。

a) 加强回风隅角处的顶板管理，超前工作面回采方向提前进行退锚工作，确保切顶线后方顶板及时垮落，杜绝瓦斯积聚。

b) 加强内U与外U两条回风巷之间联络巷密闭墙的构筑管理，对回采推过后的联络巷及时进行永久封闭，确保通风系统完善可靠。

c) 加强内U与外U两条回风巷之间联络巷密闭墙集中埋管抽放的管理，定期对抽放参数进行测量，并及时对相关参数进行调整，保证抽放措施可靠。

2 治理效果

1) 通风瓦斯情况。

“U”型通风系统应用期间， 1308(上)综采工作面13083巷为进风巷，13081巷为回风巷。试验前，试验中1308(上)“三进一回”通风系统示意图分别见图5,6.

图5 试验前1308(上)“三进一回”通风系统示意图

图6 试验中1308(上)“三进一回”通风系统示意图

工作面“U”型系统：13083巷进风1 100 m3/min, 13081巷回风1 120 m3/min. 工作面外圈瓦斯治理措施巷：13085巷进风800 m3/min，13082巷回风820 m3/min. 回风隅角瓦斯浓度保持在0.25%～0.40%，回风巷瓦斯浓度0.25%～0.45%. 工作面风排瓦斯总量2.8～5.04 m3/min.

2) 瓦斯抽采情况。

“U”型通风系统应用期间，工作面主要采取的抽放方法有：本煤层普通钻孔抽放、地面采动钻井、高位钻场、DN113大孔径高位钻孔、联络巷埋管等采空区综合抽采措施。其中，本煤层抽采纯量为0.6 m3/min；高位钻场抽采纯量为1.78 m3/min；DN113大孔径高位钻孔抽采纯量为8.8 m3/min；进回风巷联络巷密闭墙埋管抽放纯量为1.6 m3/min；回风隅角尾部联络巷采空集中抽放纯量0.7 m3/min；地面YCCD-06采动井抽采纯量3.5 m3/min. 有效地解决了采空区瓦斯的涌出，保证了“U”型通风系统的安全运行。试验前后工作面抽采参数对比，瓦斯参数对比分别见表1，表2.

表1 试验前后工作面抽采参数对比表

表2 试验前后工作面瓦斯参数对比表

试验前，上隅角、工作面和回风巷瓦斯浓度稳定在0.32%～0.40%，工作面风排瓦斯量9.8 m3/min；试验后，通过采空区抽采成功抑制采空区瓦斯涌出，上隅角瓦斯、工作面和回风巷瓦斯稳定在0.20%～0.3%，工作面风排瓦斯量降至3.85 m3/min.

3 经济效益分析

1) 通风安全效益。采用“U”型通风，符合《煤矿安全规程规定》，同时优化完善了上分层综采工作面通风系统，使之更加合理可靠；杜绝了频繁调整通风系统的弊端，降低了风险系数，保障了安全生产；节省了约1 000 m3/min的风量，释放了通风能力，满足采掘衔接要求。

2) 经济效益。木垛施工成本：避免了回风隅角通道处的木垛施工。按照原先每3 m施工一组木垛，工作面从十二横川开始未施工木垛，因此，可节省约500 m的木垛施工长度，每组木垛按4 000元计算，可节约木垛成本为：500/3×4 000=666 666元，即66.67万元。

3) 人工成本。“U”型通风系统应用前，综采工作面每回采50 m需进行通风系统调整。按照工作面9个横川计算，依以往多巷通风系统要求，综采工作面回采完毕前还需调整通风系统9次。每次系统调整需12人，按照矿防尘密闭队人工每班定额191元/工计算，每次通风系统调整需投入191×12=2 292元，9次系统调整共计需投入2 292×9=20 628元，即2.06万元。

4) 通风设施成本。每次系统调整需使用规格为2 000 mm×200 mm×20 mm的调节木板40块，按照采购价格2 200元/m3(1 m3调节木板125块)计算，每次系统调整需投入调节木板成本704元，8次系统调整共计需投入5 632元，共计0.56万元。

每次系统调整需对上隅角通道喷浆，需消耗水泥2 t，沙3.5 t，按照水泥380元/t、沙93元/t计算，每次系统调整材料消耗1 085.5元，9次系统调整共计需投入8 684元，即0.87万元。综上所述，“U”型通风系统的成功应用可节约成本70.16万元。

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2017-06-02

李宏山(1972—)，男，山西怀仁人，1998年毕业于太原理工大学，助理工程师，主要从事煤矿井下生产工作(E-mail)hpu8080@163.com