放顶煤沿空留巷工作面漏风规律及防治

李艳飞

（河南焦作煤能源有限公司古汉山矿，河南 焦作 454000）

矿井漏风是指地表或井下风流通过漏风通道进入计划外的地下开采空间，地下开采时裂隙发育的地表、工作面煤柱、底抽巷与采空区等均能形成漏风通道。这些漏风常常引起配风地点的风量供给不足，甚至从漏风源处带来有毒有害气体，给矿井的安全生产带来巨大的隐患。

焦作矿区近年来开始大力推行综采放顶煤开采技术，由于放顶煤回采短时间煤体垮落量大，更易造成瓦斯超限，因此配风量要求也更高。为了有效降低工作面漏风量，保障风流供给效果，亟需针对矿井漏风规律及防治技术进行研究。研究人员以古汉山矿1604 工作面作为对象，开展了相关研究和考察。

1 矿井漏风防治技术

1.1 外部漏风的防治

外部漏风一般采取封堵漏风通道的措施进行处理。井口漏风，主要手段是封堵防爆风门及防爆井盖漏风通道，并且定期检查，加强维护。地表裂隙漏风，主要手段是加强巡查，一旦发现裂隙漏风，将黄土、水泥、粉煤灰等按一定配比与水混合成浆状进行封堵。

1.2 内部漏风的防治

矿井内部漏风主要是井下通风构筑物、工作面煤柱、底抽巷与采空区等漏风。

井下隔断风流的风门、密闭墙等通风构筑物应采取增阻及加强其密闭性的措施。为减少风门漏风，应严格遵守两道风门不能同时开启的规定；提高风门质量；在门扇与门框连接处，安设橡胶垫；门框与巷道壁连接处，使用高分子密封材料对缝隙进行密封。密闭墙漏风常采取均压措施防治，安设测压装置对密闭墙两侧压力变化进行监测，防止密闭墙两侧产生压差；此外，使用高分子密封材料对密闭墙与巷道壁接触位置的缝隙进行密封。

对于工作面煤柱、底抽巷与采空区的漏风问题主要采取提高采空区风阻的方法来解决，常用的方法为往采空区内注浆或者注入化学充填剂（物）。此外，在保证工作面所需风量情况下，也可以采用采区均压技术，在回风巷内增加调节风窗的数量，降低进风隅角与回风隅角两处的压差，以达到减少向采空区漏风的目的。

2 工作面漏风规律考察

2.1 工作面概况

古汉山矿1604 工作面为综合机械化放顶煤开采工作面，1604 运输巷沿空留巷后作为1606 工作面回风巷。1604 工作面设计走向长度1030m，倾斜长度150m，煤层倾角为15°～17°，平均煤厚5.5m，储量106.68 万t。工作面煤层最大原始瓦斯含量为28.04m3/t，最大瓦斯压力为1.11MPa，吸附常数a值为43.45m3/t、b 值为11.25MPa-1，孔隙率为3.97%。煤尘不具爆炸性，煤层不易自燃。工作面采用底板岩巷穿层钻孔预抽煤巷条带煤层瓦斯区域防突措施以及穿层+顺层钻孔预抽回采区域煤层瓦斯的区域防突措施。巷道布置示意图如图1 所示。

图1 1604 工作面布置示意图

2.2 工作面漏风规律考察

（1）风量法考察

1604 工作面通风方式为“一进两回”，计划配风量1600m3/min，其中工作面配风量1200m3/min。由于留巷段过风，因此该工作面和常规工作面的采空区漏风规律具有一定的差异，因此对工作面进行了两次风量测定，并依据测定结果绘制风量变化曲线图，如图2、图3 所示。

图2 风量测定及采空区风量变化曲线

图3 沿空留巷段位置与风量关系图

（2）示踪气体法考察

在沿空留巷段以里6m 处定点连续释放SF6气体，释放10min 开始在工作面切眼自下而上，每隔5 架利用SF6气体检测仪检测一次浓度（检测时间大于1min）。结果如表1 所示。

表1 沿切眼SF6 气体检测结果表

2.3 工作面漏风规律分析

风量法和示踪气体考察结果（结合图2、图3和表1）表明：

（1）工作面漏风路线为：运输巷进风一部分风由沿空留巷段流入采空区，另一部分由切眼下部流入采空区。

（2）工作面切眼下部20 架以下，主要表现为工作面往采空区漏风。切眼上部80 架以上，主要表现为采空区往工作面漏风。采空区中部漏风趋势不规则，原因为采空区顶板垮落不规则和漏风通道，另外切眼和尾槽的过风断面不规则。初步计算采空区漏风量约为140m3/min。

（3）工作面沿空留巷段风量自切眼下部往上呈现递减趋势，沿空留巷段漏风主要从上帮靠近切眼区域的煤壁流入采空区。沿空留巷段漏风量总体随留巷段长度增加而增加。

3 防治漏风措施及考察

3.1 防漏风措施

为了减少沿空留巷段和切眼的漏风，结合现场漏风点和漏风规律，在工作面沿空留巷段采取了防漏风安全措施，并应用了注浆和喷浆相关技术。

（1）在留巷起始处前方打设永久密闭隔离采空区；在沿空巷巷道，巷帮挡矸防护架的两层挡矸金属网之间设置塑料布作为防漏风屏障；工作面确需爆破时控制爆破施工超前切眼不小于20m。

（2）工作面后方采空区帮稳定后，对采空区帮进行喷射混凝土（厚20mm～50mm），以进一步对留巷段巷道与采空区进行隔离：

① 开始喷浆时先处理喷浆区域，采用小型充填物密实孔缝隙并平整，然后将顶板中线以上至上帮进行全面喷浆。

② 砼拌料选用P.C32.5 普通硅酸盐水泥、混合料，喷射砼强度等级C15。砼重量配合比水泥∶混合料=1:4，水灰比在0.4～0.5。速凝剂型号为782-3型，掺入量为水泥用量的3%～5%，喷淋水区时可酌情加大速凝剂掺入量。

③ 速凝剂必须在喷浆机上料口均匀加入，喷射标准以喷面湿润不流淌为宜。实行潮料喷浆，拌好的料存放时间不能超过2h。喷砼强度C15，其最小值不低于标准值的90%。

（3）若采空区帮挡风布和表面喷浆不能有效防止采空区帮漏风，向采空区帮打孔注射充填材料，进一步减小裂隙和减少漏风。

① 注浆孔深2000mm，孔口埋设注浆管，注浆管外露巷道50mm。原则上先下后上的注浆顺序，围岩破碎条件下，可根据现场条件对注浆顺序、水灰比、注浆压力进行调整。

② 注浆机具：打注浆孔应使用直径≧Φ32mm（钻孔直径一般应大于注浆管、注浆锚杆外径10mm）；注浆管长度为1000mm 的6 分钢管；顶板、帮部打孔钻具一般采用风锚头或气动锚杆钻机。

③ 注浆材料：单水泥浆，选用复合P.C32.5 硅酸盐水泥，水灰比为1:0.6～1，直至浆液注流出巷道为止。

3.2 防治措施效果考察

1604 工作面回采以来测定的各处风量变化情况和漏风情况绘制曲线如图4、图5 所示。

1604 工作面切眼后期测定时风量总体比较稳定，漏风量较小，故重点考察沿空留巷段漏风。回采期间沿空留巷段漏风情况测定结果（参考图4 和图5）表明：

图4 沿空留巷段风量变化曲线

图5 沿空留巷段总漏风量和10m 漏风量曲线

（1）沿空留巷段10m 漏风量从最初的6.36m3/min 逐渐降低到1.61m3/min，总体呈减少趋势。沿程漏风情况有所缓解，尤其是沿空留巷喷浆段漏风量50m3/min，而未喷浆段漏风约100m3/min。

（2）沿空留巷段逐渐延伸过程中，采用的降低沿空留巷段的漏风尤其是喷浆措施，防治采空区漏风效果明显。

（3）随着1604 工作面的推进，1604 运输巷沿空留巷段巷道长度也逐渐增加，巷道风阻因长度增大和留巷段的断面变形会有所增大，引起留巷段过风量下降，这也是漏风量有所减小的原因。

4 结语

通过在1604 工作面开展相关研究和考察，总结了1604 工作面的漏风路线和漏风量，并采取了有效防治措施，有效解决了工作面漏风问题，实现了工作面、沿空留巷巷道的可靠通风，消除了工作面采空区涌出对工作面的危害，确保了工作面的安全高效开采，为焦作矿区其他类似工作面采空区漏风防治提供了重要借鉴。