沿空留巷工作面通风安全及可靠性的分析

荆履财

（阳泉煤业集团泊里煤矿有限公司，山西 晋中 032701）

0 引言

在当前护巷煤柱开采和沿空留巷无煤柱开采中，结合沿空留巷开采所具有的回采效率高、无煤柱留设问题的优势，得到了广泛使用。在实际的技术应用中，无论是护巷煤柱开采还是沿空留巷开采，都存在一定程度的漏风与跑风问题，会制约井下通风系统价值的发挥。如何做好沿空留巷工作面通风安全及可靠性的分析，便成为很多煤矿开采在应用沿空留巷技术时，需要考虑的问题。下面将以某煤矿企业开采为例，进行通风系统可靠性的分析，以期望可以为其他煤矿的生产提供理论经验。

1 工程概况

以某煤矿采区5#煤层为例进行通风系统可靠性的分析，具体在该煤层中，煤厚为4.8 m、埋深平均为299 m、煤层倾角为4°，有着结构简单的特点。其中煤层老顶为粗砂岩、直接顶为细砂岩、砂质泥岩，三部分厚度分别为14.12、10.6、2.6 m。

针对5#4207 工作面的开采而言，在巷道支护上选择锚网索的方式，同时在沿空留巷的巷道旁充填高宽各3 m 的强膏体材料，主要用于支撑顶板并实现巷道漏风量的降低。井下开采实际选择BD-Ⅱ-8-NO22风机进行通风，具体运行风压为2 600 Pa，实际的4207 综采工作面通风线路，如图1 所示[1]。

图1 4207 综采工作面通风线路

2 沿空留巷技术的通风安全性分析

结合传统的留设煤柱的护巷开采方式，在实际应用中会受到煤柱支撑的影响，具体在采空区顶板位置岩层无法有效垮落，因此在采空区中会出现一定距离的悬空位置。此外，当煤柱的支撑制约顶板不能有效脱落下，在采空区和护巷煤柱之间还会形成大范围的松散三角区，且有着裂隙发育的特征，会存在漏风问题，降低了井下开采工作中的通风质量，具体如图2-1所示[2]。

图2 两种开采方式的通风示意

在5#煤层4207 综采工作面应用沿空留巷技术后，实际的开采工作不需要留设护巷煤柱，因此在采空区的顶板垮落工作中较为便利，且采空区垮落的岩层部分，会在覆岩的重力作用下逐渐密实，进而形成一个具有较高压实度的阻风结构。同时，该技术的应用还可以降低松散三角区域的面积，甚至能够有效消除松散三角区，降低漏风量。最后，该技术还能降低上隅角瓦斯集聚量和采空区瓦斯涌出量，进而避免采空区中的遗煤出现自燃问题，该技术下的具体通风示意，如图2-2 所示。因此，与传统的护巷煤柱开采方式相比较，沿空留巷技术在理论上有着较高的通风安全性和可靠性。

3 采面通风质量参数分析

3.1 工作面通风实测

通过风速表对4207 综采工作面进行各类通风参数的测试统计，在4207 运输巷近采面290 m 的位置，风量（m3·min-1）851、风速（m·s-1）3.1；4207 回风巷80 m的采面中部，风量为822、风速为2.4；在4207 回风巷近采面270 m 的位置，风量为800、风速为2.2，为了更好的了解留巷工作面的通风可靠性，下面进行理论风量计算[3]。

3.2 理论风量计算

在进行风量计算中，需要结合瓦斯涌出量、采面温度和作业点人数进行风量计算，具体计算如下：

1）在结合井下瓦斯涌出量进行计算时，需要参考煤矿相关安全规程，将工作面瓦斯浓度控制在1%左右，同时需要风速控制在0.25～4 m/s 之间。结合该煤矿井下的绝对、相对瓦斯涌入量，回采工作面的所需风量计算可以参考公式（1）：

式中：K 为工作面瓦斯涌出的不均衡系数，取值1.6；q绝为工作面瓦斯的绝对涌出量，2.1 m3/min；结合井下绝对瓦斯量涌出的64.6%计算，取值1.35，最后可以得出所需风量Q采A为216 m3/min；

2）在结合工作面温度进行风量计算时，具体要通过公式（2）：

式中：V采为工作面开采的合适风度，取值1.2 m/s；S采为通风断面，取值10.6 m2；Ki为采面长度系数，取值1.1；最后可以得出所需风量Q采B=839 m3/min；

3）在结合工作面工人数量进行风量计算时，具体可以通过公式（3）：

式中：N 为工作面最大工人数量，取值60；最后可以得出所需风量Q采C=240 m3/min。

综上所述，风量Q采A、Q采B、Q采C分别为216、839、240 m3/min，因此确定最合理的风量Q采为839 m3/min。

3.3 校核理论计算风量

结合以上对煤矿风速的要求，需要控制在0.255～4 m/s 之间，进而可以计算出工作面的风量处于160～2 560 m3/min 之间，通过上述理论方面的计算，Q采839 m3/min 满足于《煤矿安全规程》中的采面通风需要，因此理论计算的4207 综采工作所需风量839 m3/min 较为合理。

3.4 计算有效风量率

通过对4207 采面风量率进行计算，可得出实际进风巷中的有效风量率为96.3%，明显高于一般的煤柱留巷工作面，可以证明在使用切顶沿空留巷技术后，虽然存在一定程度的漏风问题，不过结合采空区上覆岩层的及时跨落，能弥补煤柱一侧的松散三角区，因此可以提高工作面进风巷的有效风量率。同时，针对采面和回风巷的有效风量率而言，分别为92.5%、90.5%，在沿空留巷巷道造成的漏风影响下，有效风量率低于进风巷，不过在留巷段距离偏短下，采面和回风巷的有效风量率降低不明显。尽管采面、进风巷、回风巷的有效风量率存在一定差别，不过都满足《煤矿安全规程》中的要求。结合实际中的通风系统运行，在沿空留巷工作面中，采面的整体漏风量小，大部分风量可以经过采面进入采空区，有着较高的风量利用率。

3.5 计算通风阻力

在进行通风阻力计算时，具体可以通过公式得出4207 综采工作面的进风巷、采面、回风巷的风阻分别为314、320、342 Pa，在比值上进风段、用风段和回风段的风阻比值为0.31∶0.32∶0.34，与合理的3∶3∶4 接近，因此4207 综采工作面在应用沿空留巷技术后，工作面有着较好通风效果，可以满足正常的开采通风需要。

4 结语

为了解沿空留巷技术应用中的工作面通风效果，本文对4207 综采工作面进行了通风安全性、可靠性的研究。结合采面在沿空留巷技术的帮助下，可以降低传统煤柱支撑方法带来的采空区顶板覆岩不易脱落的影响，在顶板覆岩有效垮落下可以弥补采空区内的松散三角区域，在降低区域面积后可以降低通风的泄露量，进而提高综采工作面的通风效果。另外，本文也从通风阻力、有效风量率、工作面温度、瓦斯治理等角度对沿空留巷技术下的通风情况进行了分析，经过核实4207 综采工作面在应用沿空留巷技术后，通风系统有着较高的可靠性和安全性，能满足井下开采的通风需要。