厚煤层综采工作面通风系统优化及瓦斯治理

郭陇飞

（山西潞安集团左权阜生煤业有限公司，山西 晋中 032600）

1 工程概况

山西潞安集团左权阜生煤业有限公司1103工作面以东为井田边界，以西为一采区三条大巷，南部为1104 工作面，北部为1102 采空区。

1103 工作面走向长度150 m，倾斜长509 m，工作面开采煤层为15#煤层，平均厚度为6.5 m，局部褶皱处煤层厚度变化较大，可采系数100%，煤层结构较简单，含0～3 层夹矸。 工作面煤层最小倾角约4°，最大倾角约16°，平均倾角约8°。

1103 工作面采用U 型通风系统，1103 运输顺槽利用一采区轨道巷、一采区胶带巷进风，工作面污风从1103 回风顺槽回至一采区回风巷。1103 工作面平均日产3 908 t，工作面绝对瓦斯涌出量相对瓦斯涌出量为6.42 m3/t，绝对瓦斯涌出量为17.42 m3/min；1103 工作面在前期回采过程中主要采用风排方式进行瓦斯治理，但是由于回风隅角处易出现窝风现象，导致回风隅角瓦斯积聚现象严重。

2 通风系统优化

2.1 系统优化

由于传统“U”型通风系统采用一进一回通风方式，新鲜风流利用风压作用进入工作面，将工作面粉尘及有害气体带入回风巷内。 该通风方式虽然可利用自然风排作用排除工作面有害气体，但是在采空区两侧风压差作用下[1]，造成工作面部分风流进入采空区，并将采空区内有害气体带入工作面。同时，“U”通风系统存在回风隅角，风排作用无法有效排除回风隅角瓦斯，所以决定对原通风系统进行优化，采用两进一回的“U+L”型通风方式。

优化后的通风系统将原1103 回风顺槽、运输顺槽兼做进风巷，利用1103 回风顺槽邻近的1104回风顺槽作为主回风巷，在1104 回风顺槽与1103回风顺槽之间每隔50 m 设置一个通风横贯，横贯施工完后进行密闭处理，如图1 所示；首先打开第一个通风横贯，工作面回风流通过横贯进入1104回风顺槽内，随着横贯进入采空区后，对采空区进行沿空留巷，当留巷长度达50 m 后及时进行封堵，并打开第二个通风横贯密闭，以此类推直至工作面回采结束。

图1 1103 工作面通风系统优化后平面布置

2.2 沿空留巷支护措施

为了提高沿空留巷顶板稳定性，防止采空区有害气体向沿空巷内涌入，决定对沿空巷采取“锚索梁棚+柔模浇筑”联合支护。

（1）锚索梁棚支护：沿空巷设计断面宽×高为4.5 m×3.5 m，为了防止顶板垮落时造成沿空巷顶板破碎、冒漏现象，对沿空巷顶板采取锚索梁棚进行加强支护，每架锚索梁棚由一根长度为4.2 m工字钢梁和三根长度为6.3 m 恒阻锚索组成，锚索梁棚布置排距为1.0 m。

（2）柔模浇筑施工：为了对采空区有害气体进行隔绝，决定在沿空巷采空区侧进行柔模浇筑施工。 首先采用工字钢梁、木板、金属网、风筒布等支设柔模盒子，柔模浇筑厚度为0.5 m，高度为3.5 m，采用混凝土进行浇筑，浇筑后墙体厚度不低于0.5 m，浇筑后的墙体不仅能够隔绝采空区有害气体，而且可提高顶板稳定性[2-4]。

3 工作面瓦斯综合治理

通过现场观察发现，1103 工作面前期回采过程中工作面瓦斯主要来自采空区内裂隙带瓦斯以及裂隙带向煤层涌入的瓦斯，所以决定对工作面采取“高中位裂隙钻孔+ 采空区埋管”综合瓦斯治理技术。

3.1 煤层顶板裂隙带中位钻孔瓦斯抽采

1103 工作面回采过程中每隔100 m 在通风横贯内布置一个中位钻场，钻场内共计布置8 个中位钻孔（1#、2#、3#...8#），钻孔深度为50 m，直径为75 mm。钻孔共计分为两层，其中1#～4#钻孔仰角为30°，5#～8#钻孔仰角为20°，钻孔布置和终孔位置分别位于顶板上方20 m 和25 m 处，钻孔延伸工作面内长度为35～40 m，如图2 所示。

图2 1103 工作面瓦斯综合治理施工平面

3.2 采空区裂隙带高位钻孔瓦斯抽采

（1）采空区高位裂隙钻孔布置在1103 回风顺槽位于煤柱侧巷帮上，高位钻场布置间距为80 m，钻场沿工作面顶板布置，钻场规格长×高×深为4.0 m×3.5 m×3.0 m，钻场内支护与原回风顺槽支护设计相同。

（2）在位于工作面侧钻场巷帮上布置四个高位钻孔（1#、2#、3#、4#），钻孔开口位置距底板间距为2.0 m，钻孔开口间距为1.0 m，四个高位钻孔深度为100 m，直径为75 mm，钻孔仰角为30°，钻孔终孔位置位于采空区顶板往上40 m 处，其中1#钻孔水平角为0°，2#钻孔水平角为10°，3#钻孔水平角为20°，4#钻孔水平角为30°。

3.3 采空区埋管瓦斯抽采

（1）在通风横贯密闭墙上安装两根直径为90 mm 抽采支管，第一趟管路距顶板间距为1.0 m，第二根钢管距顶板间距为2.5 m，当通风横贯进入采空区后，及时对两根支管安装直径为60 mm 抽采软管，并将软管埋入采空区内[5]。

（2）通风横贯甩入采空区内10 m 后开始对采空区进行瓦斯抽采。 当工作面回采至第二个通风横贯时及时拆除第一个横贯内抽采管路，并将其安装至第二个横贯内，继续对采空区瓦斯抽采，依次类推直至工作面回采结束。

3.4 实际应用效果分析

通过对1103 工作面通风系统进行优化以及采取综合瓦斯抽采技术后，工作面在后期9 个月生产过程中，回风隅角最高瓦斯浓度为0.55%，其中瓦斯浓度在0.3%～0.5%时间为52 d，瓦斯浓度在0.3%～0.4%范围内时间为122 d，瓦斯浓度在0.3%以下时间为96 d，回风隅角平均瓦斯浓度为0.32%；通风系统优化后加快了工作面回采速度，后期回采过程中平均产量为0.98 万t/d。

4 结语

1）对1103 工作面通风系统进行优化后，利用风排作用可直接将工作面内有害气体排除，解决了U 型通风系统存在回风隅角易瓦斯积聚、 瓦斯治理难度大等技术难题，同时通风系统优化后工作面头尾顺槽全部为进风巷，避免了在回风流中安装机电设备，存在瓦斯、粉尘等事故隐患的难题。

2）通过对工作面采取综合瓦斯治理技术后，有效降低了采空区瓦斯向工作面涌出量，提高了采空区安全管理水平，将工作面瓦斯排放由原来的风排方式改为以抽采为主、 风排为辅的综合瓦斯治理方式，提高了采面瓦斯治理效果。