18112综采面通风方式优化研究及瓦斯治理措施

张 鹏

（山西焦煤集团西山煤电斜沟煤矿，山西 兴县 033602）

由于我国经济的快速发展离不开煤炭资源的持续供给，随着社会的快速发展，煤炭需求量不断增加，开采深度不断加深，开采条件不断恶化[1-2]。据相关资料显示，我国有45%的煤炭资源赋存于厚煤层，在科学技术与采煤装备的快速发展大背景下，我国厚煤层开采常常采用一次采全高综采或综放的开采工艺，其具有成本低、回采速度快等优点。但综采或综放的开采工艺开采强度大，一次性采出煤炭资源多，造成工作面瓦斯涌出量大，尤其是采空区遗留煤炭较多，导致采空区瓦斯涌出量明显增多，极易引起工作面上隅角瓦斯聚集，造成工作面瓦斯超限，影响工作面正常生产[3-5]。通风方式优化是治理综采面上隅角瓦斯浓度超限的重要技术手段之一，目前常用到的通风方式主要包括U型通风、Y型通风、U+L型通风以及U+I型通风。其中，U型通风易造成上隅角瓦斯聚集，Y型通风、U+L型通风以及U+I型通风均有助于治理综采面上隅角瓦斯浓度超限[6]。

1 工程背景

斜沟矿18112综采面开采8#煤，位于+700 m水平11采区南翼，地面标高1048～1226 m，工作面标高923～1012 m。工作面位于11采区辅运上山南侧，西部为18110采空区，东部靠近煤层露头，南部为实煤区。工作面开采区域煤层赋存稳定，煤层总厚为4.70～7.30 m，平均厚度为5.75 m。煤层直接顶为3.14 m厚的泥岩，深灰色，块状构造；基本顶为10.64 m的细粒砂岩，灰白色，成分以石英、长石为主；直接底为2.22 m的细粒砂岩，灰黑-灰色，块状构造，细粒结构；基本底为3.56 m厚的中细粒砂岩，青灰-灰色，粒状结构。据勘探地质报告，斜沟矿属瓦斯矿井，矿井设计生产能力15 Mt/a，采用一井一面方式满足生产需求。

斜沟矿18112综采面布置长度180 m，走向推进长度3 796.5 m，采用一次采全高综采开采工艺，平均采高5.75 m，配风2400 m3/min，工作面日产量16 300 t。其单产能力大、回风巷断面尺寸大等因素成为导致工作面上隅角瓦斯浓度超限的关键因素之一，制约矿井的正常安全生产。

2 综采面通风方式优化研究

U+I型通风是指通过在工作面顶板布置高位巷（瓦斯治理巷），采空区覆岩垮落后形成大量采动裂隙，邻近煤岩层及采空区遗煤瓦斯通过采动裂隙从高位巷（瓦斯治理巷）涌出，可有效稀释采空区瓦斯，从而降低综采面上隅角瓦斯超限的几率。

基于斜沟矿18112综采面生产地质条件，采用Fluent数值模拟软件建立U型通风和U+I型通风采空区瓦斯运移计算模型（如图1），工作面长度取180.0 m，进（回）风巷宽度5.0 m、高度3.0 m，瓦斯治理巷宽度5.0 m、高度3.0 m，采空区瓦斯涌出初始强度、衰减系数分别为0.03 m3/min、0.006 t-1。

图2为进风巷风速为3 m/s时工作面全压与风速分布曲线图。如图2所示，U+I型通风导致工作面内风压较高，如在工作面180 m位置（靠近回风巷侧），U+I型通风全压约-34 Pa，U+I型通风全压约-53 Pa，有利于降低采空区漏风。同时，瓦斯治理巷的设置可将采空区漏风位置集中在散热带区域，有利于采空区遗煤自燃的防治。

图2 进风巷风速为3 m/s时工作面全压与风速分布曲线

图3和图4分别为不同风速下回风巷瓦斯浓度与推进速度关系曲线、不同推进速度下回风巷瓦斯浓度与风速关系曲线。如图所示，当推进速度相同时，U+I型通风回风巷瓦斯浓度显著小于U型通风；当推进速度为3 m/d、进风巷风速为3 m/s时，U+I型通风回风巷瓦斯浓度0.01%，U型通风回风巷瓦斯浓度0.02%，U+I型通风回风巷瓦斯浓度仅为U型通风的一半。当推进速度增加，U+I型通风回风巷瓦斯浓度线性增大，U型通风回风巷瓦斯浓度减幅增大。同时，当进风巷风速加大，U型通风和U+I通风回风巷瓦斯浓度均明显减少。

图3 不同风速下回风巷瓦斯浓度与推进速度关系曲线

图4 不同推进速度下回风巷瓦斯浓度与风速关系曲线

3 综采面瓦斯治理措施

综采面通风方式优化研究表明，U+I型通风方式可显著改善综采面上隅角瓦斯聚集问题，在此基础上提出综采面瓦斯治理措施，包括通风方式优化、上隅角设置多重风幛以及喷雾装置、降低工作面推进速度等。

（1）通风方式优化

在18112综采面布置高位巷（瓦斯治理巷），形成U+I型通风，同时加大配风量，采空区覆岩垮落后形成大量采动裂隙，邻近煤岩层及采空区遗煤瓦斯通过采动裂隙从高位巷（瓦斯治理巷）涌出，可有效稀释采空区瓦斯，从而降低综采面上隅角瓦斯超限的几率。

（2）上隅角设置多重风幛以及喷雾装置

18112综采面上隅角设置多重风幛以及喷雾装置，多重风幛可引导风流稀释上隅角瓦斯，降低喷雾装置可降低采空区瓦斯涌出。

（3）降低采煤机割煤速度

18112综采面平均采高5.75 m，工作面推进速度是瓦斯涌出量大的主要因素之一。因此，在工作面推进过程中，实时监测工作面瓦斯浓度，及时调整工作面推进速度，减少工作面煤体瓦斯涌出。

4 结论

以斜沟矿18112综采面为工程背景，对比研究了U型通风和U+I型通风采空区瓦斯运移规律。研究表明，U+I型通风全压较大，有利于降低采空区漏风和采空区遗煤自燃的防治。当推进速度相同时，U+I型通风回风巷瓦斯浓度显著小于U型通风，而当进风巷风速加大时，U型通风和U+I通风回风巷瓦斯浓度均有明显减少。基于此，提出通风方式优化、上隅角设置多重风幛以及喷雾装置、降低工作面推进速度等综采面瓦斯治理措施。