极不稳定薄煤层采区通风系统之优化

颜天伟

（福建省天湖山能源实业有限公司，福建 永春 362617）

1 天湖山矿区煤田地质概况

天湖山矿区面积66km2，主要含煤段320m，含煤约40层，全为薄、极薄煤层，其中可采与局部可采煤层有8层，可采总厚度6.5m。地质构造极其复杂，褶皱、断层发育，局部出现倒转现象。在后期构造挤压应力作用下，煤层常出现突然增厚及变薄现象，为不稳定薄煤层，在背向斜轴部或某些低洼部位常挤压成厚煤包（最厚可达4～5 m），在翼部煤层变薄成煤线甚至尖灭，煤层形态有串珠状、鸡窝状、锯齿状、飞蝶状等（见图1）。

2 天湖山矿区开拓开采分析

天湖山矿区1956年建矿，目前有4对省属生产矿井，年生产能力核定为0.57 Mt。因成煤后多次的地质构造变动，破坏了煤层原来的形态和连续性，使采区巷道布置更加复杂，开采难度加大（见图2）。

图1 60＃煤层局部构造示意

1）构造变动将地层挤压成各种形态的背斜、向斜构造，煤层薄厚间隔无规则，难以形成正规的采面。

2）由于三级褶曲平缓，四级褶曲发育且波动频率大，煤层在2个阶段石门之间，同一区段2条石门无法跟踪三级褶曲。由于煤层出现反倾且倾角比较大，煤层背（向）斜

图2 含二采区675开拓开采巷道布置

轴部在某区域常出现闭合圈，采区开拓难以按煤层布置。

3）在背斜一翼幅度较小的次一级褶曲中，往往又是次级褶曲的向斜部份，因此采面往往无法再往上（下）布置完整的开切眼，上下区段难以沟通形成上出口，目前部份采用三角煤或残留煤柱方式开采（也就是通常讲巷道退采方式），配套的是局部通风机通风，不能形成全负压通风。。

4）由于煤层赋存复杂，采煤面单产比较低，往往在一个采区内就布置了较多的采掘作业面以保持产能规模，也就是平常所说的“点多面广”的采掘生产模式。

3 采区通风方面存在的主要问题及优化实践

3.1 采区副上（下）山集中回风的主要问题及优化实践

（1）现状。采区开拓设计沿用的是较为规范的一对上山（下山）布置，理论上采区生产是上区段结束后才能进行下区段的生产，上区段的集中运输巷作为下区段的回风巷，回风流集中到副上山到达风机排出地面。但现场实践时有多区段多石门同时生产的现象，采掘面主要靠石门尾部贯通上区段同一位置石门的通风行人斜巷的串接进行回风。

（2）主要问题分析。一是通风网路复杂，各支路阻力相差较大，各用风地点风流的调节和风量的合理分配较困难；二是回风要经过多区段的通风行人斜巷和石门尾部，需要经过较长的已采区域，回风巷道维护难度大、费用高；三是由于各作业面回风巷道长且较为分散，单一风路回风量小风速低，容易在沿途造成瓦斯积聚；四是由于煤层赋存的复杂性和不断打探巷找煤的特殊性，部份区域多次开采，虽然设置了通风构造物，但时有使用管理不正常现象，风流的稳定性比较差。

（3）优化方案。生产矿井可以采取从上往下开掘采区边界回风行人上山，与区段的集中运输巷尾部联通，把区段的回风直接引到采区边界回风行人上山，使各区段风路成为并联，不但可以布置更多的独立通风的作业面，而且解决了回风行人斜巷串接造成通风线路长阻力大和回风巷维护困难的突出矛盾。如果是建设矿井，可用1条或2条边界回风行人上山替换采区中央的副上山，但建井初期掘进量增加，会延长投产日期（见图3）。

图3 含二采区通风系统优化改造示意

（4）优化实践。生产采区进行边界回风行人上山掘进可以随着生产往下区段延伸而逐段掘进联通；也可以将临近区段通过区段或石 门通风行人斜巷联系起来再与边界回风行人上山连通形成采区内部小系统，采区通风系统管理更加便捷，各区段作业面通风更加可靠，不但缩短了采掘面的通风线路，减少区段间的相互干扰与影响，而且便于采区内部的区域管理以及采区内部漏风通道的相对隔离与控制，提高了采区通风系统的稳定性。本思路在天湖山矿区后期矿井通风系统改造中应用较为普遍。

如图3所示的含二采区改造后，主副上山都是进风，各区段的回风可视情况分别汇集到边界回风上山进行回风，对能够贯通上区段的采掘面直接从采面回风井直接汇入上区段回风石门（如+675m 二东和二西的采面回风由上出口经+700m E2／W2石门汇入+700m 南集进入南翼边界回风上山），对不能贯通上区段的采掘面则直接汇入边界回风行人上山（如+625mE4／W4石门），或视情况将上下临近区段通过石门尾部的回风斜巷连接建立区段小系统再汇集到边界回风行人上山（如+650m E2→回风斜巷连接→+675mE2→回风斜巷→+700m E2→+700 m 南集→边界回风上山），由采区回风巷至风井排出地面。改造效果见表1。

表1 含二采区通风改造前后对比

又如曲斗二号井，首采区上部煤层赋存差，而下部的+400m、+425m、+450m 区段探明了几层煤局部可采，但由于通风解决不了，作业面难以铺开，经过改造后，可以多区段同时布置多个作业面进行掘进和采煤（见图4）。

图4 曲斗二号井首采区通风优化示意

另外，含春矿三采区采取了补打风桥跨过副下山联络石门，利用一采区+575m W 石门作为三采区回风通道而形成边界回风道回风，让主副下山同时进风，不但解决了副下山既回风行人又运行架空乘人器的安全生产矛盾，而且缩短了回风道降低了通风阻力，既合理又更安全可靠（见图5、图6）。

（5）优化前后效果分析。在投资方面：生产矿井优化后，用一条专用回风上山代替众多的石门尾部通风小井，节省了资金投入。若是建设矿井，还可以省去整条的副上山掘进工程量，效益更加明显。

图5 含春矿三采区车场示意

图6 含春矿三采区绞车房改造后示意

在通风系统优化方面：各区段回风直接进入边界回风巷。一是缩短通风巷道长度，布置专用回风巷，增大通风巷道断面，减少局部通风阻力，巷道布置在岩巷中，减少支架巷道长度，降低总体摩擦阻力系数，有效降低风阻，从而降低通风阻力，二是各区段并联回风，风量稳定性、安全性提高，调控性增强；三是还可以根据需要保留一些石门尾部的回风小井，在上区段再汇入边界回风上山，较好解决作业面较多的通风问题，避免出现不符合规程的串联通风。

在通风安全管理方面，解决了回风道作为主要行人通道、在回风道中运行机械的多重矛盾，避免了区段车场设置风流调节风门的使用管理难的问题，提高了矿井通风安全保障程度。

在施工工期方面，生产矿井专用边界回风上山可以随着采区生产的下延，边生产，边逐段施工，影响不大，但建设矿井初期投资工期略长，原来投产前只要施工一条副上山，现在要施工两条边界回风上山，而且在边界施工，施工难度较大。

3.2 采区绞车房回风系统存在的问题及优化实践

（1）存在的通风问题。采区绞车房基本上是设置在矿井进风巷附近，回风巷与进风巷采用风门隔离，由于联络石门短而两道风门间距不足，在运输过程中经常会造成风门同时被打开的现象，为了确保采区风流稳定，现场实际是把一组风门分别设置在绞车房回风道的两侧，造成绞车房风道不畅通，风流不稳定，通风效果差、温度普遍较高。

（2）优化方案实践。补打专用回风道贯通采区总回风巷直接排风，实现绞车房与机电硐室直接回风，解决风门管理难、风流不稳定、通风状况差等问题。

含春矿三采区绞车房改造前后通风系统如图5、图6所示。含春矿三采区绞车房回风道通风不畅，采区变电所进、回风道都是与采区回风道连接，风路不畅，通风困难。经过多方论证与方案比较，2013 年在绞车房通风道与+575m 风桥间补打了专用回风巷，配套建立通道口风门与联络石门隔断，且在专用回风巷设置调节风窗进行调控，经现场风量测定，绞车房的通风量可以达到61～90 m3／min以上，并可按需调控，保障了通风安全，改造前后对比见表2。

表2 绞车房通风改造前后对比

3.3 采区主副上山联络巷存在的通风问题及优化实践

（1）主副上山联络巷主要通风问题分析。矿井采区主副上山（下山）设计基本上都是采用同深度平行布置，为了减少副上山与区段车场连接通道的工程量，采取最近距离的直接贯通区段车场，找不到合适的位置建造隔断通风构造物，如曲斗二号井区段车场头设置风门，经常因过矿车或没有关闭或被撞坏失效而造成风流短路。

（2）优化实践。在采区开拓布置中，改变现有2 条上山或下山集中布置的模式，采取轨道运输上山布置在采区中央坚硬煤层底板内，而副上山则布置在采区中央煤层顶板坚硬的岩层内，并且应根据区段中部车场的设计长度而同步前置作为提前量起坡，可以使副上山与各区段的联络行人通道合理地布置在区段车场以外的地点，不但可以合理设置通风构筑物进行风流管理，而且工程量也不会增加多少。含春二采区主副上山错开布置，副上山提前30 m起坡，各区段的联络巷便可方便地布置在车场外的区段联络石门中（见图7、图8）。

图8 优化后的区段车场设计示意

4 结语

天湖山矿区煤层赋存极为复杂，笔者在天湖山矿区长期从事矿井通风管理，特别是在矿井采区后期通风系统改造与完善的实践中，积累了一些经验，对天湖山矿区的开拓开采通风设计有较好的指导意义，希望能对其它类似的矿区提供有益的参考与借鉴。