切顶卸压沿空留巷开采工作面W型通风技术研究

袁建红

(霍州煤电集团吕梁山煤电有限公司，山西省吕梁市，033102)

沿空留巷接续工作面形成后，所留沿空留巷将承担接续工作面进风或回风任务，回采工作面与接续工作面之间形成局部通风系统，此时局部通风系统风量大小及通风方式将会影响采空区内的环境状况[1-2]。资料显示，许多重大事故的发生与采空区有关，煤矿采空区的灾害形式主要有遗煤自燃和瓦斯超限引发的瓦斯事故[3-4]，从理论研究和现场实践来看，采取合理的通风方式是解决采空区两大灾害的有效途径。

1 工作面概况

店坪煤矿204工作面位于830 m水平二采区左翼，工作面东为井田边界，西为830 m系统大巷，南为实体煤，北与9-202工作面相邻(已回采)。工作面上部主要可采煤层为5#煤层，5#煤层距9#煤层64～69 m，9-204工作面上部5#煤层未开采，不受上部采空区积水威胁。

矿井瓦斯绝对涌出量为2.45 m3/min，相对涌出量为0.76 m3/t。煤尘具有爆炸危险性，爆炸指数为19.79%，煤层属于Ⅱ级自燃煤层，自燃发火期为80 d。

204回采工作面采用切顶卸压自成巷无煤柱开采新技术进行施工。

2 切顶卸压沿空留巷W型通风技术研究

2.1 W型通风方式确定

根据工作面切顶卸压沿空留巷技术施工，在工作面正常推进过程中，沿工作面采空区将会预留一条巷道，为下一个工作面回采工作进行服务，这将导致工作面由原来的一进一回的U型通风方式转变为一进多回或多进一回的通风方式，常用的通风方式有W型和Y型，因采区巷道采用集中布置方式，工作面无法采用Y型通风方式。根据工作面瓦斯涌出情况，当采用两进一回W型通风方式时，工作面风量调整简易，且回风隅角处于开放状态，不易积聚瓦斯；当采用一进两回W型通风方式时，回采工作面易出现风流从采空区经过后又进入备用工作面的现象，造成备用工作面串联通风，工作条件恶化。因此，204工作面采用切顶卸压沿空留巷技术时工作面通风方式宜采用两进一回W型通风方式。

W型通风方式的考察主要根据采空区束管监测及采空区漏风情况分析，包括对切顶卸压无煤柱回采工作面、回风隅角及采空区有毒有害气体监测，并进行预测预报；采用束管监测系统监测采空区(沿空留巷段)气体，并进行气体样本分析；对两进一回巷道进行测风及检测通风压力，验算采空区漏风风量。

采用两进一回的W型通风方式，当两条进风巷风量比例分别为1∶1、2∶3、1∶2条件下，工作面两端压差分别为23.5 Pa、22.3 Pa、20.5 Pa，工作面向采空区的漏风量分别为0.135 m3/s、0.145 m3/s、0.115 m3/s。通过对比发现204回采工作面采用两条进风巷风量比例为1∶2的W型通风方式时，工作面向采空区的漏风量最少，工作面两端的压差较小，而工作面向采空区的漏风是引起采空区煤炭自燃的主要因素之一，因此，204工作面采用W型通风方式可以有效降低采空区煤炭自燃的危险性，有助于解决采空区煤炭自燃问题。

采空区自燃“三带”的划分是防范采空区自燃的重要基础。合理地确定采空区自燃“三带”的范围对于预防采空区的自然发火及保障工作面的安全生产具有十分重要的现实意义[5, 6]。目前店坪煤矿根据氧气浓度来划分采空区“三带”，散热带内由于漏风充分，其氧气浓度偏高，常取大于18%；氧化带内的氧气浓度为7%～18%；窒息带的氧气浓度小于7%。通过采集采空区各部位的气体气样进行气体分析，可以比较真实地代表各个区域的气体成分。店坪煤矿204工作面目前已经布置并铺设了束管管缆等设施，建立了束管采样系统。束管采样系统由束管管缆、真空泵、无缝钢管以及采样探头等组成。地面自动控制与分析系统型号为KSS-200地面色谱束管火灾监测系统，可以连续监测各个区域的氧气浓度变化，方法比较简便易行，而且较为合理可靠，故采用按氧气浓度的分布来划分“三带”位置。采样器的布置采用工作面两巷预埋采样探头的方法。工作面沿空留巷内每隔50 m设置2趟束管线路，束管探头通过套管埋入采空区，2趟束管采样头间隔25 m，工作面正巷预埋1趟束管，埋入采空区30 m，监测正巷工作面采空区内氧气浓度变化。工作面及采空区束管安设示意图见图1。

图1 工作面及采空区束管安设示意图

204工作面累计推进260 m，根据工作面束管探头监测相关数据，随着工作面正常推进，留巷内采空区逐步垮落充分，采空区内漏风风量逐渐减少，各测点氧气浓度逐渐降低，监测结果见表1。根据表1中监测数据，绘制沿空留巷工作面W型通风采空区“三带”划分，如图2所示。

U型通风方式下采空区“三带”划分示意图见图3。对比U型通风方式下采空区“三带”变化范围可以看出，在W型通风方式下沿空留巷工作面采空区内，工作面氧化带和散热带范围有明显降低，采用W型通风方式可以大大降低工作面出现自然发火现象的概率。

表1 各测点氧气浓度监测结果

图2 沿空留巷工作面W型通风采空区“三带”划分示意图

图3 U型通风方式下采空区“三带”划分示意图

2.2 实施效果

204回采工作面采用W型两进一回通风方式有效地减少了采空区漏风，窒息带明显增加，氧化带明显降低，有利于瓦斯等有毒有害气体管理及防灭火管理。W型通风方式可以减少回风隅角瓦斯积聚，缩小采空区“三带”范围，降低回风隅角及回风流中的CO浓度，降低了回风隅角瓦斯积聚等情况，便于安全管理，杜绝了重大事故发生。

3 结论

204工作面使用W型通风方式后，受工作面两端均压作用，工作面两端的压差比较小，工作面向采空区的漏风范围较窄，自然发火带更接近工作面，自然发火带的宽度变窄，可以有效防止采空区煤炭自燃，起到均压防灭火的效果。另外，采用W型通风方式可以有效解决上隅角瓦斯超限问题，能减小采空区瓦斯爆炸界限的宽度，有效防止采空区瓦斯爆炸事故，能取得显著的安全、经济效益。