马兰矿62711综采工作面切顶卸压沿空留巷Y型通风技术研究

常芦锋

(西山煤电集团有限责任公司马兰矿，山西 太原 030205)

1 矿井概况

西山煤电马兰矿位于山西省古交市西南15 km，矿区南北长约5.9 km，东西宽约6.3 km，矿井面积约32.8 km2，矿井设计生产能力400万t。矿井煤层赋存稳定，煤层厚度2.8 m～3.5 m，平均厚度3.2 m，煤层倾角12°～23°,平均倾角17.5°。62711综采工作面位于马兰矿三采区，主要开采8#煤层，因此，马兰矿在62711综采工作面试用切顶卸压沿空留巷无煤柱开采技术。巷道正巷设计长度为935 m，切眼设计长度为230 m，巷道采用矩形断面。巷道跟直接顶跟底掘进，坡度4°～90°。

1.1 工作面地质条件

62711工作面埋深215 m～416 m，煤层上覆岩层依次为0.6 m的炭质泥岩、6.34 m的砂泥岩互叠层以及2.05 m的中粒砂岩,底板岩层为0.6 m的泥岩和10.37 m的中粒砂岩。

1.2 工作面瓦斯涌出量

62711工作面瓦斯绝对涌出量为10 m3/min，其中抽采量4 m3/min，风排量为6 m3/min；煤层爆炸指数15.64%至18.2%；煤层自燃倾向性为Ⅱ不易自燃煤层。

1.3 矿井原通风系统

62711综采工作面原通风系统即新鲜风南大巷，南三采区轨道巷，62711副巷至62711综采工作面。

乏风：1) 62711工作面—62711正巷—回风联络巷—南三区回风巷—回风井—地面；2) 62705副巷—62711正巷—回风联络巷—南六区回风巷—回风井—地面。

当前62711工作面为副巷、62705工作面副巷进风，62711工作面正巷回风，62711工作面副巷实际进风量808 m3/min，62705工作面副巷冲洗风量353 m3/min。

2 通风系统优化设计

2.1 通风系统的优化

马兰矿通过在62711工作面正巷切顶卸压留巷迎头构筑一道永久密闭；62705工作面副巷口构筑两道永久风门；封闭62711工作面正巷回风联络巷构筑1道永久密闭；增加62711工作面正巷的调节风窗，将过风量控制在300 m3/min。

优化后的通风系统构成为：62711工作面副巷，62711工作面正巷进风，62705工作面副巷回风的“两进一回”通风系统。

本工作面采用“两进一回”的“Y型”通风方式(即工作面采用62711副巷和62711正巷进风，62705副巷回风)。矿井通风系统示意图如图1所示。

图1 矿井通风系统示意图

乏风风流：工作面/正巷→62711留巷→62705切眼→62705副巷→回风联络巷→南翼上组煤回风巷→回风井→地面。

2.2 工作面风量、风速计算

通过对邻近工作面回采及本工作面掘送期间瓦斯涌出量统计,62711工作面瓦斯绝对涌出量4.8 m3/min；风排瓦斯涌出量3.8 m3/min；抽采瓦斯量1 m3/min。

1) 按瓦斯涌出量公式计算[见式(1)]

Q=q采/c×KCH4=3.8/0.8%×1.7=807.5 m3/min

(1)

式中:Q为工作面需风量，m3/min；q采为工作面风排瓦斯涌出量，m3/min；C为回风流中允许瓦斯浓度，取0.8%；KCH4为回采工作面瓦斯涌出不均衡系数，取KCH4=1.7。

2) 按井下适宜的气候条件计算[见式(2)]

Q=60×70%×V采×S采×K采高×K采面长=60×70%×1.0×7.8×1.5×1.3=638.8 m3/min

(2)

式中：V采为采煤工作面的风速，取1.0 m/s；S采为采煤面的平均有效断面积，取S采=7.8 m2；K采高为采煤工作面采高调整系数，取K采高=1.5；K采面长为采煤工作面长度调整调整系数，取K采面长=1.3；70%为有效通风断面系数；60为单位换算产生的系数；

3) 按工作面同时作业人数计算

按工作人数计算，见式(3)。

Q=4×N=4×60=240 m3/min

(3)

式中：Q为回采工作面实际需要风量，m3/min；4为每人每分钟不低于4 m3/min；N为工作面同时工作的最多人数，按60个人算。

4) 按耗炸药用量计算：(工作面过构造需打眼放炮时)

根据AQ1056-2008《煤矿通风能力核定标准》规定，按二、三级煤矿许用炸药用量计算：Q≥10A。

矿井现使用三级乳化炸药，按照AQ1056-2008标准中公式计算，见式(4)。

Q=10×A=10×10=100 m3/min

(4)

式中：A为一次爆破炸药最大用量，10 kg；Q为回采工作面实际需要风量，m3/min；10为每kg炸药爆炸不低于10 m3的配风量(二类、三类乳化炸药)。

5) 62711正巷配风计算

皮带巷应配风量按适宜的气候条件计算，见式(5)。

Q辅=60×V副×S副=60×0.5×11.76=352.8 m3/min

(5)

6) 确定工作面配风量

根据上述计算结果62711综采工作面配风量共需1160.3 m3/min。

2.3 风速验算

1) 验算最小风量[见式(6)、式(7)]

Qcf≥60×0.25Scb=60×0.25×8.47=127.05 m3/min

(6)

Scb=Icb×hcf×70%=5.26×2.3×70%=8.47 m2

(7)

2) 验算最大风量[见式(8)、式(9)]

Qcf≤60×4.0Scs=60×4.0×7.18=1 723.2 m3/min

(8)

Scs=IVcs×hcf×70%=4.46×2.3×70%=7.18 m2

(9)

式中：Scb为采煤工作面最大控顶有效断面积，8.47 m2；Icb为采煤工作面最大控顶距，5.26 m；hcf为采煤工作面实际采高，2.3 m；Scs为采煤工作面最小控顶有效断面积，7.18 m2；Ics为采煤工作面最小控顶距，4.46 m；0.25为采煤工作面允许的最小风速，m/s；70%为有效通风断面系数；60为单位换算产生的系数；4.0为采煤工作面允许的最大风速，m/s。

通过公式计算得出：62711工作面计算风量808 m3/min，正巷进风353 m3/min，回风巷风量1 161 m3/min，符合风速验算要求。经计算62711综采工作面配风量需1 161 m3/min，满足煤矿安全生产规程的相关技术要求[1]。

2.4 风量验算

62711综采工作面预计最大绝对瓦斯涌出量在4.8 m3/min左右，其中风排瓦斯量3.8 m3/min，抽采量1 m3/min，工作面配风量为808 m3/min，则62711综采工作面及回风流中瓦斯浓度最大值为3.8/808=0.47%，按工作面及回风流中瓦斯浓度不大于0.8%符合要求[2]。

3 效果分析

62711综采工作面由于采用切顶卸压沿空留巷技术故不需要留设保护煤柱，解决采空区遗煤问题，有效降低采空区遗煤自燃隐患；同时，沿空留巷的充填体施工还解决了漏风严重难题，此外62711工作面还设计安装自燃发火束管监测系统、阻化剂喷洒和注氮系统。针对充填体及少发生的漏风、漏瓦斯情况，可使用注浆堵漏进行解决，以达到预防自燃发火的目标[3]。

4 结论

马兰矿62711综采工作面通过采用切顶卸压自动成巷Y型通风设计，有效解决了工作面上隅角的瓦斯集聚的安全隐患，体现出良好的瓦斯治理效果，大幅提升了综采工作面通风能力和安全生产可靠程度。从根本上解决了上隅角瓦斯积聚难题，由于两巷进风为新鲜风流，有效改善了综采工作面的作业环境，实现了矿井的安全高效开采。