回坡底矿切顶留巷工作面通风技术研究_韩佩璋.pdf

煤矿现代化2020 年第 6 期总第 159 期 1工程背景 回坡底矿 10- 108 工作面开采井田 10 煤层， 相 邻工作面北部为 10- 106 工作面 （回采完毕） 、 南部为 10- 110 工作面 （未采） 。10- 1081 巷为运输巷、 10- 1082 巷为回风巷， 运输巷为 106 工作面回风巷切 顶留巷， 1082 回风巷也将采用沿空留巷技术为 110 工作面服务。工作面煤层厚度平均 3.1 m，平均坡度 4， 产状稳定， 开采过程中不受老窑、 陷落柱等灾害 影响。瓦斯绝对涌出量 3.66 m3/min，相对涌出量为 0.72 m3/t， 具有煤尘爆炸性， 属于自燃煤层， 二氧化碳 绝对涌出量为 4.39 m3/min，二氧化碳相对涌出量为 0.86 m3/t。 10- 1082 回风巷为矩形断面， 采用切顶沿空留巷 方式管理顶板，而 10- 1081 运输巷为已切顶成巷的 1062 回风巷，在 108 工作面回采过程中， 110 接续工 作面也将形成， 108 工作面与 110 工作面之间的局部 通风系统将成为制约两工作面回采工作和接续工作 效率的重要环节。切顶卸压沿空留巷条件下， 合理的 局部通风技术， 是防止工作面采空区遗煤自燃和巷道 瓦斯浓度超限的有效途径。 表 110- 108 工作面顶底板岩性特征 2切顶成巷条件下通风技术研究 2.1 通风方式的确定 10- 108 工作面开采过程中， 1082 回风巷进行切 顶卸压自动成巷， 随着工作面的不断推进， 1082 回风 巷将设置挡矸支护，沿设置好的切顶线利用钢筋网、 U型钢和单体支柱形成联合挡矸装置， 工作面由传统 回坡底矿切顶留巷工作面通风技术研究 韩 佩 璋 （霍州煤电集团汾河焦煤公司回坡底煤矿，山西 霍州 041600 ） 摘要 针对工作面传统通风方式存在漏风通道多、遗煤自燃发火严重、有毒有害气体浓度高的问 题， 回坡底矿 10-108 工作面通过切顶留巷方式将传统 “U” 型通风改为 “W” 型 “两进一回” 式通风。 改进 通风方式后， 能够有效减少采空区漏风通道， 使采空区窒息带面积增加、 散热带和氧化带面积减少， 保 证采空区温度处于安全稳定范畴内。 切顶留巷 “W” 型通风方式的成功应用， 是减少工作面有毒有害气 体积聚， 降低遗煤自燃危险性的有效措施， 能够保证工作面安全高效开采。 关键词 切顶留巷 ；一通三防 ；安全稳定 中图分类号 TD 722文献标识码 A文章编号 1009-0797 （2020 ） 06-0046-03 Study on the ventilation technology of the working face with retained roadways by roof cutting in Dianping Mine HAN Peizhang （Huipodi Coal Mine, Fenhe Coking Coal Company, Huozhou Coal and Electricity Group , Huozhou 041600 , China ） Abstract In view of the problems existing in the traditional ventilation mode of the working face, such as many air leakage channels, seri- ous spontaneous combustion of the left coal and high concentration of toxic and harmful gases. The traditional “U“ type ventilation is changed to “W“ type “two in one return“ ventilation by cutting the roof and retaining the roadway in the 10-108 working face of Huipodi mine. After improving the ventilation mode, it can effectively reduce the air leakage channel in the goaf, increase the area of suffocation zone, reduce the area of heat dissipation zone and oxidation zone in the goaf, and ensure that the temperature of the goaf is in the safe and stable range. The successful application of “W“ type ventilation mode is an effective measure to reduce the accumulation of toxic and harmful gases in the working face, reduce the risk of coal spontaneous combustion, and ensure the safe and efficient mining of the work- ing face. Keywords retained roadways by roof cutting ； one-ventilation and three-prevention ； safety and stability 岩层位置岩性厚度 /m岩性特征 基本顶砂质泥岩5.6深灰色砂质泥岩， 含大量的根化石 直接顶细砂岩6.7 浅灰色细砂岩， 长石分化成褐色斑 点， 裂隙发育程度低 直接底砂质泥岩6.2 灰色砂质泥岩，水平层理明显， 硬 度较软 基本底细砂岩2.0灰褐色细砂岩 46 ChaoXing 煤矿现代化2020 年第 6 期总第 159 期 的 “一面两巷” 变成 “两面三巷” 形式。 传统 “一面两巷” 回风方式多为 “U 型” ， 即运输巷进新鲜风流、 回风巷 出乏风风流， 而工作面巷道切顶沿空留巷后， 回采工 作面有多条进风或回风巷， 以 “两面三巷” 为例即是 “两进一回” 或 “两回一进” 方式。 考虑煤层瓦斯赋存情 况和采空区遗煤自然发火期，在保证瓦斯不出现积 聚、 108 和 110 工作面不出现乏风串联的情况下， 工 作面通风方式宜采用 “两进一回” 的 “W” 型布置通风 技术， 如图 1 所示。108 工作面的 “W” 型 “两进一回” 通风方式布置 1081 运输巷进风， 110 回风巷、 110 开 切眼进风， 1082 回风巷回风。 图 110- 108 工作面通风方式布置 2.2通风方式安全性分析 传统 “一面两巷” 的 “一进一回” 型通风， 由于工作 面间保护煤柱的存在， 采空区侧向悬臂梁结构致使上 方顶板不能完全垮落，导致煤柱两侧均存在漏风通 道， 且该区域顶板垮落的煤岩断裂块度加大， 易将新 鲜风流与采空区中部贯通， 造成采空区遗留煤炭的自 燃发火危险。 传统工作面回风通道新鲜风流经工作面 往回风巷流动时， 还易造成上隅角位置瓦斯及一氧化 碳浓度超限， 给工作面生产活动带来不利影响。采用 切顶卸压成巷后的 “两进一回” 通风方式后， 工作面与 工作面之间无煤柱， 采空区能够完全垮落， 不存在漏 风通道， 顶板充分垮落后逐渐压实， 与外界新鲜风流 的贯通渠道被切断， 减少了采空区遗留煤炭的自燃发 火危险。同时， 有两条相对的新鲜风流通过回风巷上 隅角位置， 瓦斯与一氧化碳等有毒有害气体被充分稀 释排出， 消除了上隅角气体危险性。 因此， 采用切顶卸 压成巷的 “两进一回” 的 “W” 型通风系统的安全性是 能够得到保证的。 2.3 108 工作面 “一通三防” 技术措施 在确定 108 工作面通风技术方式后， 为了进一步 减低通风方式的危险性， 需要制定 “一通三防” 安全技 术措施。 ①防止工作面过多漏风。 新鲜风流重新进入 采空区是导致工作面通风危险的首要因素， 在保证工 作面生产安全及监测要求的基础上， 可以适当减少工 作面进风风量、 降低风压； 还可以在留巷时的挡矸墙 进行喷浆处理，隔离新鲜风流与采空区贯通通道； 尤 其是在上隅角区域， 适当改变进风风流方向， 避免风 流垂直采空区进； ②防治工作面瓦斯灾害。保证工作 面的风速、 风量要求符合 规程 要求， 严格执行瓦斯 检查制度， 对采空区及时封闭避免瓦斯泄露； 当巷道 内瓦斯浓度超过一定值时， 应进行抽采处理； ③防治 煤炭自然发火。在防止自然发火时， 需要对采空区自 燃 “三带” 进行束管监测与实时预警， 采取向采空区注 浆封闭或喷射阻化剂进行防治； 同时在回采结束 45d 内永久封闭采空区， 注意消防管路及其他电气设备的 操作安全； ④防治工作面粉尘。 在工作面生产过程中， 若是风流速度过大，会将巷道内煤尘及岩尘等吹起， 造成粉尘浓度超限进而可能引起爆炸， 所以针对防治 工作面粉尘而言， 应建立完善的防尘洒水系统， 对采 煤机滚筒进行喷雾降尘处理， 还可以采用通风负压进 行除尘， 做好浓度测定和个人防护。 3应用效果分析 10- 108 工作面的切顶留巷 “W” 型通风方式的实 施效果需要考察工作面、 回风巷道及采空区的有毒有 害气体情况，并对沿空留巷段的气体样本进行分析， 监测巷道、 采空区的漏风量等指标。 1 ）在沿空留巷段内布置束管探头，监测不同位 置的氧气含量。探头沿巷道的布置间距为 50 m， 每个 位置布置 2 个探头， 2 个探头分别深入采空区，在垂 直巷道方向的间距为 25 m， 如图 2 所示。根据相邻矿 区的采空区自燃 “三带” 划分标准， 氧气浓度＞18属 于散热带、 氧气浓度＜7属于窒息带、 其他含量范围 属于氧化带， 各监测点监测结果见表 2。随着 108 工 作面的不断推进， 切顶段的采空区逐渐压实， 与新鲜 风流的贯通渠道逐渐减少， 在 “W” 型通风方式下， 采 空区散热带和氧化带的范围明显减少， 遗煤自然发火 的危险性降低。 表 2氧气浓度监测结果 监测点浓度 /划分 15.4窒息带 26.6窒息带 35.5窒息带 47.7氧化带 55.9窒息带 68.6氧化带 78.9氧化带 814.5氧化带 918.4散热带 47 ChaoXing （上接第 45 页 ） 2 ） 数值模拟得到煤柱核区率为 67.2， 弹性区 宽度为 27m。煤柱能够保持自身稳定和支撑顶板压 力。 3） 条带开采后地表变形下沉、 曲率、 倾斜变形、 水平变形值均未超过国家建筑物 I 级损坏允许变 形值， 条带开采方案可行。 参考文献 [1] 李开贵,袁增卫,陈正.煤矿开采沉陷控制技术[J].内蒙古 煤炭经济,2019 （16） 13. 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[9] 于洋,邓喀中,范洪冬.条带开采煤柱长期稳定性评价及煤 柱设计方法[J].煤炭学报,2017,42 （12） 3089- 3095. 作者简介 郭朝雄 （1990-） ， 男， 山西阳城人， 本科， 助理工程师。 （收稿日期 2020- 4- 9） 煤矿现代化2020 年第 6 期总第 159 期 图 2束管监测点示意图 2 ） 对工作面以及切顶段的有害气体进行监测分 析， 切顶段和工作面的 CH4最大浓度为 0.03、 最大 瓦斯涌出量为 0.3m3/min、 CO 含量值平均为 2.5 10-6、 采空区内部温度稳定在 16℃。无论是瓦斯含量 还是 CO 浓度， 均低于 规程 要求。采空区温度未出 现持续升高现象，内部遗煤及矸石氧化现象不明显。 因此， 采用 “W” 型通风方式后的工作面安全性高于传 统 “U” 型通风。 10- 108 工作面采用切顶留巷“W”型通风方式 后， 采空区漏风量明显减少， 自燃 “三带” 中窒息带范 围明显增加， 氧化带和散热带减少， 遗煤自燃危险性 降低。“两进一回” 式通风能够减少回风隅角有毒有害 气体含量， 降低工作面风流有害气体浓度， 对工作面 安全生产有较大裨益。 4结论 10- 108 工作面的切顶留巷技术能够使得工作面 通风方式转变为 “W” 型 “两进一回” 式通风方式， 能够 消除传统工作面采空区不完全垮落带来的工作面漏 风严重、 遗煤自燃危害大、 有毒有害气体易累积的问 题，应用该种通风方式后， 108 采空区窒息带面积增 加、 散热带和氧化带面积减小， 有毒有害气体浓度均 低于 规程 要求， 采空区温度保持稳定。与传统 “U” 型通风相比， 工作面生产安全性能够得到保证， 符合 矿井安全高效生产要求。 参考文献 [1] 袁建红. 切顶卸压沿空留巷开采工作面 W 型通风技术研 究[J]. 中国煤炭， 2019， 45 （10） 58- 60. [2] 陈向军， 何满潮， 周鹏， 等. 切顶卸压自成巷开采工作面 通风安全可靠性分析 [J]. 煤矿安 全 ， 2018， 49（11） 183- 189. [3] 梁伟锋， 上榆泉. 煤矿综放工作面采空区 “三带” 划分实 践及防灭火技术[J]. 煤矿安全， 2019， 50 （2） 156- 160. 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