孟范喻

(神東煤炭集團(tuán)通風(fēng)管理部，陜西 神木 719315)

0 引言

保德煤礦回采工作面通常采用上行通風(fēng)方式進(jìn)行回采，回采工作面采空區(qū)抽放管路95%無(wú)法回收，全部壓入采空區(qū)內(nèi)，不僅造成浪費(fèi)，還在采空區(qū)遺留大量金屬材料產(chǎn)生隱患；回采期間二號(hào)回順巷道變形嚴(yán)重，導(dǎo)致抽放管路變形漏氣，管路維護(hù)和為保護(hù)管路而進(jìn)行的巷道維護(hù)費(fèi)較大，因此，從安全和經(jīng)濟(jì)方面考慮，決定在81505工作面采用下行通風(fēng)。這樣做，一是瓦斯管路位于81506二號(hào)回風(fēng)順槽內(nèi)，巷道所承受的礦壓較81505二號(hào)進(jìn)順小，瓦斯管路維護(hù)量小，支管切換方便，抽放半徑可調(diào)節(jié)性大；二是采空區(qū)抽放主管可以全部回收利用，節(jié)省管材費(fèi)用，抽放支管不需延伸到上一個(gè)聯(lián)巷，節(jié)省2/3的支管管材及安裝費(fèi)用；三是下行通風(fēng)后，可以減少一條下順槽(二號(hào)回順)的掘進(jìn)工程量，即只保留膠順和一號(hào)回風(fēng)順槽即可[1]。

1 礦井概況

保德煤礦由原保德縣“東關(guān)鎮(zhèn)煤礦”和“橋頭煤礦”技術(shù)改造整合而成。是神東公司唯一的一座高瓦斯礦井，井田南北走向長(zhǎng)14.0 km，東西傾向?qū)?.7 km，面積55.9 km2，含煤地層為石炭二疊系，煤層傾角3°～9°，平均5°，采用“一采二掘”組織生產(chǎn)，開(kāi)采8#煤[2]。礦井采用分區(qū)抽出式通風(fēng)，六進(jìn)二回；總回風(fēng)量28 500 m3/min。當(dāng)前，礦井絕對(duì)瓦斯涌出量在110 m3/min左右，采面絕對(duì)涌出量在20 m3/min左右，瓦斯含量梯度2.82 m3/t·100 m，瓦斯壓力梯度0.50 MPa/100m[3]。

根據(jù)煤炭科學(xué)研究總院沈陽(yáng)研究院2010年5月提交的《中國(guó)神華神東煤炭集團(tuán)公司保德煤礦礦井瓦斯涌出量預(yù)測(cè)報(bào)告》，推算81505工作面煤層原始瓦斯含量范圍3.92～4.83 m3/t，平均4.38 m3/t，工作面瓦斯地質(zhì)儲(chǔ)量2 500萬(wàn)m3。81505綜放工作面長(zhǎng)240 m，走向推進(jìn)長(zhǎng)度1 856 m，工作面采用走向長(zhǎng)壁后退式綜合機(jī)械化放頂煤開(kāi)采，沿8#煤底板回采，工作面設(shè)計(jì)采高3.6～3.8 m，放煤高度4.0～3.8 m，采放比為1∶1.1～1∶1。81505綜放工作面從4月9日開(kāi)始回采，工作面入風(fēng)2 100 m3/min，采空區(qū)抽放430 m3/min，回風(fēng)隅角瓦斯?jié)舛茸畲?.60%。

2 81505綜放工作面各系統(tǒng)分析

2.1 通風(fēng)系統(tǒng)

通風(fēng)方法：81505綜放工作面采用“三進(jìn)一回”的“U”型通風(fēng)，即81505一、二號(hào)進(jìn)風(fēng)順槽入風(fēng)，經(jīng)過(guò)81505工作面后與81505膠順的入風(fēng)匯合，通過(guò)最近一個(gè)聯(lián)絡(luò)巷進(jìn)入81506二號(hào)回順，如圖1所示。

圖1 81505工作面通風(fēng)系統(tǒng)示意圖

風(fēng)量：81505綜放工作面回采期間配風(fēng)量2 100 m3/min，包括采空區(qū)抽放量400～500 m3/min，工作面瓦斯0.30%左右。

存在問(wèn)題及優(yōu)化方案：①通風(fēng)路線長(zhǎng)，通風(fēng)阻力大，不利于采空區(qū)防滅火。由于81505工作面與81506切眼串聯(lián)通風(fēng)，導(dǎo)致最大阻力路線的路程較上行通風(fēng)增加近600 m，直角拐彎處增加7處，且順槽通總回段由于風(fēng)量增加1倍，該段阻力增加3倍，導(dǎo)致劉家堰主扇負(fù)壓由2 500 Pa增加為2 700 Pa[4]。優(yōu)化方案—將81505工作面和81506切眼通風(fēng)方式調(diào)整為“W”型，即81505工作面與81506切眼并聯(lián)，回風(fēng)流在81506一二號(hào)回順匯合后進(jìn)入五盤區(qū)總回；②受負(fù)壓影響，81504采空區(qū)瓦斯可能從膠順?lè)阑鹈荛]或聯(lián)巷煤柱裂隙處泄漏，導(dǎo)致81505工作面進(jìn)風(fēng)流瓦斯?jié)舛瘸^(guò)0.4%[5]。優(yōu)化方案—在81504膠順2聯(lián)巷開(kāi)始每隔一個(gè)聯(lián)巷的防火密閉上留設(shè)了一個(gè)φ108措施管，采空區(qū)卸壓半徑定為150 m，即每隔300 m將一道防火密閉上的卸壓管路連入81505一回預(yù)抽干管上，當(dāng)靠近工作面300 m范圍內(nèi)進(jìn)風(fēng)流中瓦斯達(dá)0.4%時(shí)，通風(fēng)隊(duì)綜采專職瓦檢員將最近的兩處卸壓管打開(kāi)；當(dāng)工作面300 m范圍以外進(jìn)風(fēng)流中瓦斯達(dá)0.4%時(shí)，通風(fēng)隊(duì)系統(tǒng)瓦檢員將瓦斯達(dá)0.4%的巷道范圍內(nèi)的卸壓管打開(kāi)。以上操作必須由瓦檢員提前匯報(bào)通風(fēng)隊(duì)值班室，并做好閥門開(kāi)關(guān)記錄，當(dāng)巷道瓦斯?jié)舛冉档?.2%～0.3%時(shí)，瓦檢員立即將閥門關(guān)閉，防止采空區(qū)自燃；③膠順?lè)阑鹈荛]施工工效低，僅為0.6 m3/工。由于輔助運(yùn)輸受采空區(qū)抽放主管影響，只能人工跨瓦斯管路倒2次料，導(dǎo)致施工工效低，同時(shí)作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的標(biāo)準(zhǔn)化程度低，需投入較多人工。優(yōu)化方案—優(yōu)化密閉工藝，取消砼墻施工，改為閉前噴漿500 mm厚；改造工程車的馬槽，便于人工卸料；81307采空區(qū)瓦斯管路改到下幫布置，每個(gè)聯(lián)巷支管設(shè)置龍門，從而實(shí)現(xiàn)聯(lián)巷行車需求，避免人工倒料，提高施工工效；④81506一、二號(hào)回順14-18聯(lián)巷段變形嚴(yán)重，導(dǎo)致通風(fēng)斷面不足4/5，81505工作面風(fēng)量減少。優(yōu)化方案—對(duì)巷道變形段進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)和起底工作；將81505工作面和81506切眼通風(fēng)方式調(diào)整為“W”型，避免了對(duì)81505工作面通風(fēng)系統(tǒng)的影響。

2.2 瓦斯抽采系統(tǒng)

抽采系統(tǒng)：由于81505工作面將采用下行通風(fēng)，鄰近工作面(81504)采空區(qū)涌出的瓦斯將通過(guò)81505二號(hào)進(jìn)順進(jìn)入81505工作面進(jìn)風(fēng)流，將增大81505工作面瓦斯涌出量[6]。工作面瓦斯涌出量如圖2所示，81505工作面絕對(duì)瓦斯涌出量平均為15.8 m3/min，瓦斯來(lái)源為：30%工作面割煤涌出(4.8 m3/min)、28%采空區(qū)涌出(4.37 m3/min)和42%臨近層涌出(6.63 m3/min)[7]。

圖2 81505工作面絕對(duì)瓦斯涌出量隨工作面推進(jìn)的規(guī)律

81505工作面預(yù)抽：81505工作面的預(yù)抽鉆孔布置方式為在81505一號(hào)進(jìn)風(fēng)順槽布置平行鉆孔，在81505膠運(yùn)順槽布置斜交鉆孔，因工作面注水需要，平行鉆孔提前工作面200 m拆除，斜交鉆孔提前300 m拆除。

采空區(qū)抽采：81505采空區(qū)抽放利用劉家堰地面低負(fù)壓抽放泵站進(jìn)行抽放，泵站型號(hào)為2BEC87，額定流量為900 m3/min，混合抽放量400～500 m3/min，抽放瓦斯?jié)舛?.5%～3.0%，瓦斯抽放量為4～10 m3/min。

抽放管路：①主管路從劉家堰地面泵站→劉家堰風(fēng)井DN1000瓦斯管路→五盤區(qū)總回風(fēng)抽放主管路→81506一號(hào)回風(fēng)順槽總回口；②采空區(qū)抽放干管靠81506二號(hào)回風(fēng)巷正幫敷設(shè)，主管在每個(gè)聯(lián)巷口留設(shè)DN800/DN500/DN800三通分別與聯(lián)巷間DN500抽放支管連接，干路DN800碟閥安設(shè)在20、10聯(lián)巷，最后一個(gè)碟閥安設(shè)在通總回口處；③抽放支管20趟，第一趟支管從81506二號(hào)回風(fēng)22聯(lián)巷處開(kāi)始安裝，最后一趟支管在3聯(lián)巷，每趟支管長(zhǎng)度為24 m左右，共計(jì)480 m。支管與主管通過(guò)三通連接，支管在主管路上方布置，支管碟閥安設(shè)在三通彎頭處。

抽放支管切換：工作面初采期間不進(jìn)行抽放，當(dāng)工作面回風(fēng)隅角推過(guò)膠順22聯(lián)巷20 m左右，且工作面老頂初次來(lái)壓后，通風(fēng)隊(duì)跟班瓦檢員負(fù)責(zé)逐步打開(kāi)22聯(lián)巷的抽放支管蝶閥和主管蝶閥進(jìn)行抽放(50 m左右時(shí)閥門全部打開(kāi))；當(dāng)工作面推過(guò)膠順21聯(lián)巷20 m時(shí)，逐步打開(kāi)21聯(lián)巷的抽放支管進(jìn)行抽放(50 m左右時(shí)閥門全部打開(kāi))；當(dāng)工作面推過(guò)回順20聯(lián)巷20 m時(shí)，逐步打開(kāi)20聯(lián)巷的抽放支管閥門(50 m左右時(shí)閥門全部打開(kāi))，并逐步關(guān)閉21聯(lián)巷支管蝶閥，以此類推，抽放半徑為50～100 m。

存在問(wèn)題及優(yōu)化方案：在無(wú)采空區(qū)抽放條件下，老頂初次來(lái)壓期間隅角瓦斯涌出異常。優(yōu)化方案—修改工作面采空區(qū)抽放設(shè)計(jì)，從切眼正對(duì)的聯(lián)巷開(kāi)始布置抽放支管，老頂來(lái)壓前運(yùn)行采空區(qū)抽放系統(tǒng)，解決初次來(lái)壓期間風(fēng)排瓦斯困難的隱患。

2.3 防塵系統(tǒng)

供水管路：81505工作面一號(hào)回風(fēng)順槽安裝直徑100 mm防塵管路供水、81505膠運(yùn)順槽安裝直徑159 mm防塵管路供水。

供水系統(tǒng)：橋頭地面靜壓水池→橋頭風(fēng)井→一號(hào)主運(yùn)大巷→集中主運(yùn)大巷→五盤區(qū)主運(yùn)大巷→81505膠運(yùn)順槽；五盤區(qū)主運(yùn)大巷→81505一號(hào)進(jìn)風(fēng)順槽順槽→清水泵站。

煤層注水及防塵：采用靜壓、一次多孔注水方式進(jìn)行注水，每次注水孔的數(shù)量為1組12個(gè)，注水鉆孔采用距離工作面最近的一號(hào)回順預(yù)抽鉆孔。噴霧灑水系統(tǒng)由采煤機(jī)內(nèi)、外噴霧、工作面架間負(fù)壓除塵噴霧和防塵網(wǎng)、轉(zhuǎn)載點(diǎn)噴霧和進(jìn)回風(fēng)巷防塵水幕、防塵網(wǎng)組成。

存在問(wèn)題及優(yōu)化方案：因靜壓注水壓力達(dá)2 MPa，注水孔孔口和其他未注水鉆孔存在漏水現(xiàn)象，影響注水效果并導(dǎo)致移變列車段積水。優(yōu)化方案—造成上述原因是鉆孔封孔質(zhì)量差和上下行鉆孔穿孔較多，今后預(yù)抽鉆孔封孔均采用“兩堵一注”方式，增加鉆孔間距，避免設(shè)計(jì)上下順槽鉆孔或分別靠近頂?shù)装迨┕ぁ?/p>

2.4 防滅火系統(tǒng)

注漿系統(tǒng)：劉家堰地面注漿站→五盤區(qū)一號(hào)總回風(fēng)→81505一號(hào)進(jìn)風(fēng)順槽1聯(lián)巷→81505二號(hào)進(jìn)風(fēng)順槽→采空區(qū)。灌漿方法采用踏步式埋管灌漿，即隨著回采工作面推進(jìn)向采空區(qū)內(nèi)埋設(shè)管道進(jìn)行注漿。

注氮系統(tǒng)：注氮站→81506一號(hào)回順1聯(lián)巷→81506二號(hào)回風(fēng)順槽→81505膠運(yùn)聯(lián)巷→81505采空區(qū)。管路總長(zhǎng)度為2 000 m。

束管監(jiān)測(cè)：在81505膠順密閉施工前，將單芯束管設(shè)置在聯(lián)巷內(nèi)，將濾塵器固定在膠順口，束管從81505膠順?lè)阑鹈荛]向外延伸3～5 m，將滯后工作面300～400 m的束管聯(lián)入束管在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)24 h在線監(jiān)測(cè)。在81505二號(hào)進(jìn)順密閉施工前，將單芯束管設(shè)置在聯(lián)巷內(nèi)，將濾塵器固定在距一號(hào)進(jìn)聯(lián)巷口，束管從81505二號(hào)進(jìn)順向外延伸150 m。

存在問(wèn)題及優(yōu)化方案：注氮、注漿和老采空區(qū)卸壓管路均布置在上順槽(不保留巷道)，則布置的3趟管路均無(wú)法回收，且無(wú)法保證注氮半徑在氧化帶。優(yōu)化方案—將下行通風(fēng)工作面的注氮管路布置在下順槽，不僅實(shí)現(xiàn)注氮半徑隨意切換，還可以作為下個(gè)工作面的注漿管路進(jìn)行復(fù)用[8]。

2.5 監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)

81505工作面信號(hào)傳輸路線為：康井地面中心站→康家灘輔運(yùn)平硐→康孫輔運(yùn)大巷→五盤區(qū)輔運(yùn)17聯(lián)巷→81505一號(hào)進(jìn)順移變列車→81505工作面。

回風(fēng)流和回風(fēng)封閉點(diǎn)的信號(hào)傳輸路線為：康井地面中心站→康家灘輔運(yùn)平硐→康孫輔運(yùn)大巷→五盤區(qū)輔運(yùn)17聯(lián)巷→81506一回繞道→81505回風(fēng)流。

分站設(shè)置：在81505一號(hào)進(jìn)風(fēng)順槽順槽移變列車上安設(shè)3臺(tái)分站，分站編號(hào)為141、142、143號(hào)，分站電源取自移變列車660 V移變；在81506一號(hào)回順機(jī)電硐室安設(shè)2臺(tái)分站，分站編號(hào)為148、149號(hào)，分站電源取自五盤區(qū)輔運(yùn)17聯(lián)巷變電所移變。

傳感器設(shè)置：①在81505膠順距工作面<10 m范圍內(nèi)設(shè)置綜放工作面甲烷傳感器、一氧化碳傳感器各1臺(tái)；②一號(hào)回順移變列車上風(fēng)側(cè)10～15 m設(shè)置甲烷傳感器1臺(tái)；③在81505綜放回風(fēng)隅角設(shè)置綜放甲烷傳感器、氧氣傳感器各1臺(tái)；④回風(fēng)流傳感器設(shè)置在風(fēng)流混合聯(lián)巷以里10～15 m處，例如，當(dāng)工作面推進(jìn)到距離81505膠順20聯(lián)巷15 m時(shí)，立即將81505膠順19聯(lián)巷雙閉打開(kāi)作為風(fēng)流匯合點(diǎn)，將81505膠順20聯(lián)巷以里10～15 m的回風(fēng)流傳感器移設(shè)至在81505膠順19聯(lián)巷以里10～15 m處，為確保風(fēng)流改為19聯(lián)巷匯合，通風(fēng)隊(duì)在20聯(lián)巷膠順側(cè)吊掛一道風(fēng)障；⑤混合回風(fēng)流傳感器掛設(shè)在81507一號(hào)回順2聯(lián)巷以里10～15 m處，設(shè)置甲烷傳感器、粉塵傳感器、二氧化碳傳感器；⑥在81505一回移變列車設(shè)置斷電器6臺(tái)，實(shí)現(xiàn)瓦斯電閉鎖；從移變高饋頭九芯接線盤引出無(wú)源饋電觸點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)斷電反饋狀態(tài)監(jiān)測(cè)；⑦在工作面回風(fēng)隅角掛設(shè)便攜式甲烷檢測(cè)報(bào)警儀、一氧化碳和氧氣測(cè)定器各1臺(tái)，在后部運(yùn)輸機(jī)機(jī)頭上風(fēng)側(cè)掛設(shè)便攜式甲烷檢測(cè)報(bào)警儀；⑧當(dāng)81505二號(hào)進(jìn)順和81506二號(hào)回順聯(lián)巷進(jìn)行封閉時(shí)，在封閉聯(lián)巷處安設(shè)封閉點(diǎn)甲烷傳感器1臺(tái)、一氧化碳傳感器1臺(tái)、氧氣傳感器1臺(tái)；⑨采空區(qū)抽放管路安裝在線監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)，在81506一回通總回段安裝瓦斯、CO、溫度、負(fù)壓、流量5個(gè)傳感器。

存在問(wèn)題及優(yōu)化方案：①機(jī)頭端頭過(guò)渡架始終滯后工作面支架1～2 m，導(dǎo)致回風(fēng)隅角傳感器的吊掛位置幾乎處在采空區(qū)氣體中，瓦斯?jié)舛容^高。 優(yōu)化方案—縮短抽放半徑為30～100 m，提高抽放負(fù)壓對(duì)隅角范圍的作用效果，同時(shí)，綜采隊(duì)拆除端頭架側(cè)護(hù)板，提高傳感器吊掛空間的風(fēng)量，保證隅角瓦斯穩(wěn)定不超限；②工作面回風(fēng)流傳感器的通訊線從進(jìn)順布置，隨著工作面推進(jìn)，冗余的線纜不斷增加，生產(chǎn)期間存在等高作業(yè)隱患。優(yōu)化方案—上行通風(fēng)的工作面回風(fēng)流傳感器位置是固定的，而下行通風(fēng)回風(fēng)流傳感器布置在工作面最近一個(gè)風(fēng)流匯合的聯(lián)巷，隨著工作面推進(jìn)線纜不斷冗長(zhǎng)，因此將工作面回風(fēng)流傳感器的通訊線改為從81506二號(hào)回順的分站引出，每次變更風(fēng)流匯合聯(lián)巷時(shí)進(jìn)行一次倒線。

3 結(jié)論

(1)保德煤礦81505綜放工作面采用下行通風(fēng)，經(jīng)濟(jì)上合理，安全上可靠，瓦斯抽放和采空區(qū)的管理更加靈活，優(yōu)勢(shì)明顯。

(2)針對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)、瓦斯抽采系統(tǒng)、防塵系統(tǒng)、防滅火系統(tǒng)、監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)存在的問(wèn)題，提出了對(duì)應(yīng)的優(yōu)化方案，確保了81505綜放工作面采用下行通風(fēng)的生產(chǎn)安全，從而達(dá)到經(jīng)濟(jì)上合理、安全上可靠的目的。