沿空留巷工作面通风安全可靠性分析

秦 丽

(潞安集团高河能源有限公司，山西 长治 047100)

沿空留巷无煤柱开采可以解决小煤柱留设时围岩变形控制困难、需要反复修整问题，同时可提高煤岩回采率，在煤矿现场应用逐渐广泛[1-2]。但是沿空留巷由于未留设护巷煤柱，在井下通风过程中容易引起跑风、漏风等问题，给矿井生产带来一定的不利影响[3]。众多的学者从上隅角瓦斯治理、遗煤自燃防治以及通风漏风情况等方面出发展开了广泛研究，并取得显着的研究成果[4-6]。但是研究多是集中在采面通风方式选择上，关于沿空留巷通风系统可靠性方面研究相对较少。因此，文中以山西某矿4206沿空留巷工作面为工程背景，对通风系统可靠性进行分析，以期能为后续矿井通风方式选择提供一定参考。

山西某矿开采的4#煤层埋深平均298 m，煤厚4.87 m，煤层倾角4°，结构简单。煤层老顶为粗砂岩(f值8.1，厚度13.56 m)、直接顶为细砂岩(f值8.2，厚度10.5 m)、直接底为砂质泥岩(f值2.5，厚度2.6 m)。4206工作面回采巷道支护采用锚网索方式，沿空留巷巷道旁充填3 m宽高强膏体材料，支撑顶板并降低巷道漏风量。

矿井采用型号为BD-Ⅱ-8-NO22风机通风，通风负压2 600 Pa，具体4206通风线路见图1所示。

图1 通风路线图

回采工作面传统的留设煤柱护巷方式采面推进后，采空区顶板岩层会在煤柱支撑下不能完全垮落，从而在采空区内悬空一定的距离。在煤柱支撑作用下顶板不能充分垮落，从而在采空区与护巷煤柱间形成范围较大且裂隙较为发育的松散三角区，成为采面通风漏风，具体见第77页图2a)。采用沿空留巷技术后由于取消护巷煤柱，因此采空区内顶板垮落更为充分，采空区内垮落岩层在覆岩重力作用下逐渐密实，从而形成一个压实度相对较高的阻风结构，具体见第77页图2b)，不仅可以降低松散三角区范围甚至消除松散三角区，而且还可以减少上隅角瓦斯集聚以及采空区瓦斯涌出量以及采空区内遗煤自燃发火概率。因此，相对于传统的护巷煤柱方式，采用沿空留巷在理论上可以确保采面通风安全。

图2 采面不同开采方式通风示意图

采用风速表对4206综采工作面通风参数进行现场实测，具体测定结果见表1。

表1 4206综采工作面通风参数测定结果

3.2.1 根据瓦斯涌出计算

按照《煤矿安全规程》要求，采面瓦斯浓度应在1%以内且风速介于0.25 m/s～4 m/s。2019年矿井绝对、相对瓦斯涌出量为2.09 m3/min、3.62 m3/t,具体回采工作面生产时需要风量Q采1可按公式(1)计算。

Q采1=q绝×K×100/60

(1)

其中，q绝为采工作瓦斯绝对涌出量，按照矿井绝对瓦斯涌出量的64.59%计算，取值为1.35 m3/min；K为采面瓦斯涌出不均衡系数，取值1.6。

将上述参数带入公式(1)即可得到采面需要的风量Q采=216 m3/min。

3.2.2 根据采面温度计算

根据采面温度确定的采面风量Q采2可通过公式(2)计算。

Q采2=60·V采·Ki·S采

(2)

其中,V采为采面开采时的合适风速，取值1.20 m/s；S采有效通风断面，取值10.66 m2。Ki为采面长度系数，取值1.1。

将上述参数带入公式(2)得到Q采2=844.2 m3/min。

3.2.3 根据作业点人数计算

据作业点人数计算确定的采面风量Q采3可通过式(3)计算。

Q采3=4·N

(3)

式中，N为采面内最大人数，取值60(现场交接班时人数)。

带入公式(3)得到Q采3=240 m3/min。

综上分析，取上述计算结果最大值，从而确定采面合理风量Q采=844.2 m3/min。

3.2.4 风量校核

采面内风速应控制在0.25 m/s～4.0 m/s，从而计算求得的采面风量应在159.9 m3/min～2 558.4 m3/min。通过理论计算得到的采面合理供风量为844.2 m3/min，风量可以满足《煤矿安全规程》关于采面通风要求。因此4206综采配风量取值844.2 m3/min是合理的。

采面通风时有效风量率Pe可通过公式(4)计算。

(4)

带入相关参数计算求得，在4206进风巷内有效风量率达到96.2%，高于一般的煤柱留巷工作面，表明在4206采面采用切顶留巷后虽然留巷段存在一定程度的漏风，但是由于采空区上覆岩层及时跨落，消除了煤柱旁的松散三角区，从而有效提升了采面进风巷有效风量率。

4206采面有效风量率为92.4%、回风巷有效风量率为90.3%，相对于进风巷有效风量率有所降低，主要是由于采用沿空留巷巷道存在一定的漏风，但是由于留巷段距离较短所以造成采面、回风巷有效风量率降低程度较小。但是4206综采工作面进风巷、采面、回风巷有效风量率满足《规程》相关要求。4206采面采用沿空留巷时采面漏风量较小，绝大部分风流经过采面从回风巷流出，仅有极少一部分风流流入到采空区内，通风利用率较高。

通风时采面通风阻力hf可采用公式(5)计算。

hf=RQ2

(5)

式中，R表示通风摩擦风阻，N·s2/m8；Q表示通风风量，m3/min。

通过上述公式计算得到4206工作面进风巷、采面以及回风巷风阻分别为324 Pa、323 Pa、352 Pa，具体工作面进风、用风以及回风段风阻比值为0.324∶0.323∶0.352，与较为合理的3∶3∶4接近。采面采用沿空留巷技术后可以在一定程度上降低采面通风阻力，提高通风效率，能够满足采面正常通风需要。

1)4206综采工作面采用沿空留巷技术，文中对留巷工作面通风可靠性进行分析。采面采用沿空留巷技术后由于采空区顶板覆岩不会出现由于煤柱支撑而导致难以垮落问题，从而降低采空区内松散三角区面积，降低通风系统漏风量，从而满足采面高效通风需要。

2)从瓦斯治理、采面温度、有效风量率、通风阻力等方面分析沿空留巷采面通风情况，采面采用沿空留巷后采面采面通风阻力分布较为合理，通风有效率较高。4206综采工作面通风系统具有较高的可靠性，可以满足煤炭开采需要。