保德煤矿81505综放工作面下行通风方法的应用分析

孟范喻

(神东煤炭集团通风管理部，陕西 神木 719315)

0 引言

保德煤矿回采工作面通常采用上行通风方式进行回采，回采工作面采空区抽放管路95%无法回收，全部压入采空区内，不仅造成浪费，还在采空区遗留大量金属材料产生隐患；回采期间二号回顺巷道变形严重，导致抽放管路变形漏气，管路维护和为保护管路而进行的巷道维护费较大，因此，从安全和经济方面考虑，决定在81505工作面采用下行通风。这样做，一是瓦斯管路位于81506二号回风顺槽内，巷道所承受的矿压较81505二号进顺小，瓦斯管路维护量小，支管切换方便，抽放半径可调节性大；二是采空区抽放主管可以全部回收利用，节省管材费用，抽放支管不需延伸到上一个联巷，节省2/3的支管管材及安装费用；三是下行通风后，可以减少一条下顺槽(二号回顺)的掘进工程量，即只保留胶顺和一号回风顺槽即可[1]。

1 矿井概况

保德煤矿由原保德县“东关镇煤矿”和“桥头煤矿”技术改造整合而成。是神东公司唯一的一座高瓦斯矿井，井田南北走向长14.0 km，东西倾向宽5.7 km，面积55.9 km2，含煤地层为石炭二叠系，煤层倾角3°～9°，平均5°，采用“一采二掘”组织生产，开采8#煤[2]。矿井采用分区抽出式通风，六进二回；总回风量28 500 m3/min。当前，矿井绝对瓦斯涌出量在110 m3/min左右，采面绝对涌出量在20 m3/min左右，瓦斯含量梯度2.82 m3/t·100 m，瓦斯压力梯度0.50 MPa/100m[3]。

根据煤炭科学研究总院沈阳研究院2010年5月提交的《中国神华神东煤炭集团公司保德煤矿矿井瓦斯涌出量预测报告》，推算81505工作面煤层原始瓦斯含量范围3.92～4.83 m3/t，平均4.38 m3/t，工作面瓦斯地质储量2 500万m3。81505综放工作面长240 m，走向推进长度1 856 m，工作面采用走向长壁后退式综合机械化放顶煤开采，沿8#煤底板回采，工作面设计采高3.6～3.8 m，放煤高度4.0～3.8 m，采放比为1∶1.1～1∶1。81505综放工作面从4月9日开始回采，工作面入风2 100 m3/min，采空区抽放430 m3/min，回风隅角瓦斯浓度最大0.60%。

2 81505综放工作面各系统分析

2.1 通风系统

通风方法：81505综放工作面采用“三进一回”的“U”型通风，即81505一、二号进风顺槽入风，经过81505工作面后与81505胶顺的入风汇合，通过最近一个联络巷进入81506二号回顺，如图1所示。

图1 81505工作面通风系统示意图

风量：81505综放工作面回采期间配风量2 100 m3/min，包括采空区抽放量400～500 m3/min，工作面瓦斯0.30%左右。

存在问题及优化方案：①通风路线长，通风阻力大，不利于采空区防灭火。由于81505工作面与81506切眼串联通风，导致最大阻力路线的路程较上行通风增加近600 m，直角拐弯处增加7处，且顺槽通总回段由于风量增加1倍，该段阻力增加3倍，导致刘家堰主扇负压由2 500 Pa增加为2 700 Pa[4]。优化方案—将81505工作面和81506切眼通风方式调整为“W”型，即81505工作面与81506切眼并联，回风流在81506一二号回顺汇合后进入五盘区总回；②受负压影响，81504采空区瓦斯可能从胶顺防火密闭或联巷煤柱裂隙处泄漏，导致81505工作面进风流瓦斯浓度超过0.4%[5]。优化方案—在81504胶顺2联巷开始每隔一个联巷的防火密闭上留设了一个φ108措施管，采空区卸压半径定为150 m，即每隔300 m将一道防火密闭上的卸压管路连入81505一回预抽干管上，当靠近工作面300 m范围内进风流中瓦斯达0.4%时，通风队综采专职瓦检员将最近的两处卸压管打开；当工作面300 m范围以外进风流中瓦斯达0.4%时，通风队系统瓦检员将瓦斯达0.4%的巷道范围内的卸压管打开。以上操作必须由瓦检员提前汇报通风队值班室，并做好阀门开关记录，当巷道瓦斯浓度降到0.2%～0.3%时，瓦检员立即将阀门关闭，防止采空区自燃；③胶顺防火密闭施工工效低，仅为0.6 m3/工。由于辅助运输受采空区抽放主管影响，只能人工跨瓦斯管路倒2次料，导致施工工效低，同时作业现场的标准化程度低，需投入较多人工。优化方案—优化密闭工艺，取消砼墙施工，改为闭前喷浆500 mm厚；改造工程车的马槽，便于人工卸料；81307采空区瓦斯管路改到下帮布置，每个联巷支管设置龙门，从而实现联巷行车需求，避免人工倒料，提高施工工效；④81506一、二号回顺14-18联巷段变形严重，导致通风断面不足4/5，81505工作面风量减少。优化方案—对巷道变形段进行补强支护和起底工作；将81505工作面和81506切眼通风方式调整为“W”型，避免了对81505工作面通风系统的影响。

2.2 瓦斯抽采系统

抽采系统：由于81505工作面将采用下行通风，邻近工作面(81504)采空区涌出的瓦斯将通过81505二号进顺进入81505工作面进风流，将增大81505工作面瓦斯涌出量[6]。工作面瓦斯涌出量如图2所示，81505工作面绝对瓦斯涌出量平均为15.8 m3/min，瓦斯来源为：30%工作面割煤涌出(4.8 m3/min)、28%采空区涌出(4.37 m3/min)和42%临近层涌出(6.63 m3/min)[7]。

图2 81505工作面绝对瓦斯涌出量随工作面推进的规律

81505工作面预抽：81505工作面的预抽钻孔布置方式为在81505一号进风顺槽布置平行钻孔，在81505胶运顺槽布置斜交钻孔，因工作面注水需要，平行钻孔提前工作面200 m拆除，斜交钻孔提前300 m拆除。

采空区抽采：81505采空区抽放利用刘家堰地面低负压抽放泵站进行抽放，泵站型号为2BEC87，额定流量为900 m3/min，混合抽放量400～500 m3/min，抽放瓦斯浓度1.5%～3.0%，瓦斯抽放量为4～10 m3/min。

抽放管路：①主管路从刘家堰地面泵站→刘家堰风井DN1000瓦斯管路→五盘区总回风抽放主管路→81506一号回风顺槽总回口；②采空区抽放干管靠81506二号回风巷正帮敷设，主管在每个联巷口留设DN800/DN500/DN800三通分别与联巷间DN500抽放支管连接，干路DN800碟阀安设在20、10联巷，最后一个碟阀安设在通总回口处；③抽放支管20趟，第一趟支管从81506二号回风22联巷处开始安装，最后一趟支管在3联巷，每趟支管长度为24 m左右，共计480 m。支管与主管通过三通连接，支管在主管路上方布置，支管碟阀安设在三通弯头处。

抽放支管切换：工作面初采期间不进行抽放，当工作面回风隅角推过胶顺22联巷20 m左右，且工作面老顶初次来压后，通风队跟班瓦检员负责逐步打开22联巷的抽放支管蝶阀和主管蝶阀进行抽放(50 m左右时阀门全部打开)；当工作面推过胶顺21联巷20 m时，逐步打开21联巷的抽放支管进行抽放(50 m左右时阀门全部打开)；当工作面推过回顺20联巷20 m时，逐步打开20联巷的抽放支管阀门(50 m左右时阀门全部打开)，并逐步关闭21联巷支管蝶阀，以此类推，抽放半径为50～100 m。

存在问题及优化方案：在无采空区抽放条件下，老顶初次来压期间隅角瓦斯涌出异常。优化方案—修改工作面采空区抽放设计，从切眼正对的联巷开始布置抽放支管，老顶来压前运行采空区抽放系统，解决初次来压期间风排瓦斯困难的隐患。

2.3 防尘系统

供水管路：81505工作面一号回风顺槽安装直径100 mm防尘管路供水、81505胶运顺槽安装直径159 mm防尘管路供水。

供水系统：桥头地面静压水池→桥头风井→一号主运大巷→集中主运大巷→五盘区主运大巷→81505胶运顺槽；五盘区主运大巷→81505一号进风顺槽顺槽→清水泵站。

煤层注水及防尘：采用静压、一次多孔注水方式进行注水，每次注水孔的数量为1组12个，注水钻孔采用距离工作面最近的一号回顺预抽钻孔。喷雾洒水系统由采煤机内、外喷雾、工作面架间负压除尘喷雾和防尘网、转载点喷雾和进回风巷防尘水幕、防尘网组成。

存在问题及优化方案：因静压注水压力达2 MPa，注水孔孔口和其他未注水钻孔存在漏水现象，影响注水效果并导致移变列车段积水。优化方案—造成上述原因是钻孔封孔质量差和上下行钻孔穿孔较多，今后预抽钻孔封孔均采用“两堵一注”方式，增加钻孔间距，避免设计上下顺槽钻孔或分别靠近顶底板施工。

2.4 防灭火系统

注浆系统：刘家堰地面注浆站→五盘区一号总回风→81505一号进风顺槽1联巷→81505二号进风顺槽→采空区。灌浆方法采用踏步式埋管灌浆，即随着回采工作面推进向采空区内埋设管道进行注浆。

注氮系统：注氮站→81506一号回顺1联巷→81506二号回风顺槽→81505胶运联巷→81505采空区。管路总长度为2 000 m。

束管监测：在81505胶顺密闭施工前，将单芯束管设置在联巷内，将滤尘器固定在胶顺口，束管从81505胶顺防火密闭向外延伸3～5 m，将滞后工作面300～400 m的束管联入束管在线监测系统，实现24 h在线监测。在81505二号进顺密闭施工前，将单芯束管设置在联巷内，将滤尘器固定在距一号进联巷口，束管从81505二号进顺向外延伸150 m。

存在问题及优化方案：注氮、注浆和老采空区卸压管路均布置在上顺槽(不保留巷道)，则布置的3趟管路均无法回收，且无法保证注氮半径在氧化带。优化方案—将下行通风工作面的注氮管路布置在下顺槽，不仅实现注氮半径随意切换，还可以作为下个工作面的注浆管路进行复用[8]。

2.5 监测监控系统

81505工作面信号传输路线为：康井地面中心站→康家滩辅运平硐→康孙辅运大巷→五盘区辅运17联巷→81505一号进顺移变列车→81505工作面。

回风流和回风封闭点的信号传输路线为：康井地面中心站→康家滩辅运平硐→康孙辅运大巷→五盘区辅运17联巷→81506一回绕道→81505回风流。

分站设置：在81505一号进风顺槽顺槽移变列车上安设3台分站，分站编号为141、142、143号，分站电源取自移变列车660 V移变；在81506一号回顺机电硐室安设2台分站，分站编号为148、149号，分站电源取自五盘区辅运17联巷变电所移变。

传感器设置：①在81505胶顺距工作面<10 m范围内设置综放工作面甲烷传感器、一氧化碳传感器各1台；②一号回顺移变列车上风侧10～15 m设置甲烷传感器1台；③在81505综放回风隅角设置综放甲烷传感器、氧气传感器各1台；④回风流传感器设置在风流混合联巷以里10～15 m处，例如，当工作面推进到距离81505胶顺20联巷15 m时，立即将81505胶顺19联巷双闭打开作为风流汇合点，将81505胶顺20联巷以里10～15 m的回风流传感器移设至在81505胶顺19联巷以里10～15 m处，为确保风流改为19联巷汇合，通风队在20联巷胶顺侧吊挂一道风障；⑤混合回风流传感器挂设在81507一号回顺2联巷以里10～15 m处，设置甲烷传感器、粉尘传感器、二氧化碳传感器；⑥在81505一回移变列车设置断电器6台，实现瓦斯电闭锁；从移变高馈头九芯接线盘引出无源馈电触点，实现断电反馈状态监测；⑦在工作面回风隅角挂设便携式甲烷检测报警仪、一氧化碳和氧气测定器各1台，在后部运输机机头上风侧挂设便携式甲烷检测报警仪；⑧当81505二号进顺和81506二号回顺联巷进行封闭时，在封闭联巷处安设封闭点甲烷传感器1台、一氧化碳传感器1台、氧气传感器1台；⑨采空区抽放管路安装在线监测监控系统，在81506一回通总回段安装瓦斯、CO、温度、负压、流量5个传感器。

存在问题及优化方案：①机头端头过渡架始终滞后工作面支架1～2 m，导致回风隅角传感器的吊挂位置几乎处在采空区气体中，瓦斯浓度较高。 优化方案—缩短抽放半径为30～100 m，提高抽放负压对隅角范围的作用效果，同时，综采队拆除端头架侧护板，提高传感器吊挂空间的风量，保证隅角瓦斯稳定不超限；②工作面回风流传感器的通讯线从进顺布置，随着工作面推进，冗余的线缆不断增加，生产期间存在等高作业隐患。优化方案—上行通风的工作面回风流传感器位置是固定的，而下行通风回风流传感器布置在工作面最近一个风流汇合的联巷，随着工作面推进线缆不断冗长，因此将工作面回风流传感器的通讯线改为从81506二号回顺的分站引出，每次变更风流汇合联巷时进行一次倒线。

3 结论

(1)保德煤矿81505综放工作面采用下行通风，经济上合理，安全上可靠，瓦斯抽放和采空区的管理更加灵活，优势明显。

(2)针对通风系统、瓦斯抽采系统、防尘系统、防灭火系统、监测监控系统存在的问题，提出了对应的优化方案，确保了81505综放工作面采用下行通风的生产安全，从而达到经济上合理、安全上可靠的目的。