潘宏波

（山西煤炭运销集团锦瑞煤业有限公司，山西 吕梁 033000）

切顶卸压自动成巷无煤柱开采技术是煤炭开采的重大变革，是中国科学院何满潮院士提出的“切顶短臂梁理论”。本文通过研究采煤工作面采空区漏风规律，使用防灭火监测手段，根据采空区“三带”划分选择W型通风模式，减少采空区漏风，研究采空区防灭火技术[1]。

1 工作面概况

以锦瑞煤业8105综采面为工程背景，矿井通风方式为中央并列式，抽出式通风。8号煤层均厚3.21 m，煤层倾角1°～6°，直接顶为2.0～4.0 m的L2石灰岩，8号煤层顶板属坚硬岩，底板属较软-较坚硬岩。工作面上覆岩层黄土厚度171～239 m。矿井属低瓦斯矿井，绝对瓦斯涌出量为1.25 m3/min，相对瓦斯涌出量为0.68 m3/t。8号煤层为自燃煤层，最短自然发火期83 d。8105综采面为 8号一采区北翼走向长壁布置工作面，南部为8107接续工作面实体煤。8105工作面运输、回风顺槽、切眼均沿8#煤层顶、底板掘进，进、回风顺槽沿煤层的走向布置，切眼沿煤层倾向布置。8105切眼长度148 m，8105切眼至停采线长度755 m，沿空留巷长735 m。工作面布置方式如图1所示。8105回风顺槽采取切顶卸压留巷，巷道为矩形断面（宽×高：5.2 m×3.0 m），采空区漏风、挡矸使用全断面菱形网、钢筋网和风筒布联合封堵。

图1 8105切顶卸压沿空留巷采煤工作面巷道布置

2 切顶卸压沿空留巷采煤工作面通风方式的选择

8105综采工作面不同通风模式下通风测定数据对比：8105综采工作面实际需要风量800 m3/min，实际配风量864 m3/min。8107备用工作面实际需要风量400 m3/min，实际配风量456 m3/min[2]。在8105综采工作面回采262 m时，进行了Y型通风模式和W型通风模式下的漏风量和压差的测定，8105综采工作面Y型、W型通风模式通风数据对比见表1。

表1 8105综采工作面Y型、W型通风模式通风数据对比

2.1 Y型通风系统的漏风规律

采用切顶卸压留巷Y型通风模式后，相对于U型通风系统调整为Y型通风系统，改变了工作面通风线路及采空区气体运移规律，从根本上解决了上隅角灾害气体积聚的问题，在合理配风的条件下可以有效降低工作面粉尘浓度和回风侧温度，但随之也改变了采空区漏风规律，并对采空区遗煤自燃发火危险性产生影响。采用Y型通风后，由于留巷用风筒布难以将采空区和巷道有效封堵，形成开放式采空区，加之8105回风顺槽处于回风侧，与采空区内存在气压差，容易造成采空区内气体从留巷侧逸出，并引起工作面新鲜风流持续漏入采空区，改变了工作面流场，加宽了氧化升温带宽度，从而增加了采空区自然发火危险性。

Y型通风系统工作面需要风量更大，漏风通道更多，遗煤自燃危害性增加。通风导致漏风量增加，采空区氧化带范围扩大[3]。图2为8105工作面Y型通风模式下采空区漏风范围示意图。

图2 8105工作面Y型通风模式下采空区漏风范围示意图

2.2 W型通风系统的漏风规律

采用切顶卸压留巷W型通风模式后，综采工作面除了有U型通风系统采空区气体运移规律，还有沿空留巷段狭长的带状漏风规律，形成了两者叠加作用的漏风区，W型通风模式更容易解决上隅角灾害气体积聚的问题，治理瓦斯能力较强。采用W型通风后，在合理的配风比的条件下可以有效降低工作面采空区两顺槽之间的气压差，工作面上下风道风量较小，漏风扫过采空区面积较小，减少采空区的漏风量，减小了氧化升温带宽度，减少采空区遗煤自然发火危险性。根据下文的通风数据对比工作面通风阻力W型为Y型的1/2，其供风能力更强。

3 W型通风模式综采工作面采空区防灭火技术研究应用

3.1 束管监测监控的布置和应用

（1）束管沿着工作面进、回风顺槽布设到工作面，从工作面顺槽巷道向采空区敷设布点。8105运输顺槽采空区布置4个测点，从开切眼处开始在采空区每隔30 m埋设一个束管采样器，用来监测采空区“三带”气体浓度。8105回风顺槽（切顶留巷巷道）采空区内布置1个测点，在切眼煤壁下风侧10～15 m处安设一个束管采样器。以上测点使用束管监测系统抽样气体分析[4]。

（2）在切顶留巷段采空区从开切眼处开始每隔30 m打设长度至少15 m的套管并设置一条人工采样束管，进行人工取样分析，用来监测工作面切顶留巷段采空区气体浓度以及分析影响三带情况[5-6]。

综合采用抽样分析和人工取样分析研究切顶卸压自成巷综采工作面“开式”采空区的三带划分和气体浓度，可为通风部门采用相应措施提供依据。

3.2 根据防治采空区漏风规律采取的防漏措施

切顶卸压自成巷综采工作面“开式”采空区灾害治理第一要务是防治采空区漏风。在8105综采工作面回采期间得出经验，需要对工作面采空区三个主要漏风点进行处理：一是对工作面进风隅角进行封堵，对存在的悬顶进行处理；二是开切眼切顶预裂减少沿空留巷段的漏风空间；三是沿空留巷段采空区封堵。

（1）对进风隅角进行封堵，对存在的悬顶进行处理

根据8105综采工作面W型通风模式下采空区“三带”划分情况，工作面进风隅角是采空区漏风主要通道，防火阻燃墙可起到减少采空区漏风的作用，以减少采空区氧化带的宽度。

防火阻燃墙位置：工作面进风、回风隅角密集支柱后。

防火阻燃墙间距：20～30 m。

防火阻燃墙材料：加入阻化剂的碎煤或其他不燃性建筑材料。

构筑方法：用纤维编织袋装或加入阻化剂的碎煤炭后封口，在采煤工作面进、回隅角密集柱后垛放成墙。

每隔20～30 m进风隅角悬顶进行切顶预裂，缩小漏风通道。

（2）切眼切顶预裂

由于8105综采工作切眼未对切眼切顶预裂，形成采空区煤柱和落矸形成漏风三角区，工作面老顶初次来压后，通过进风隅角经漏风三角区漏风量在120～240 m3/min，严重影响工作面通风。所以工作面安装前应对切眼进行预裂，尽可能使开切眼处的采空区顶板塌落严实，减少漏风。

（3）沿空留巷段采空区防漏挂风帐技术

8105工作面回风顺槽切顶卸压自成巷壁吊挂防漏风风帐，8105回风顺槽使用RTD29-2500/01伸缩式护帮挡矸架，搭接长度不小于1000 mm，间距500 mm，每排1组伸缩式护帮挡矸架。金属网采用钢筋网+菱形网。风帐在菱形网和挡矸架之间，风帐与顶底板、风帐之间搭接不少于1000 mm。

防漏风风帐起到了一定的防漏风作用，但是漏风量仍然不小。在风帐的基础上进行喷浆可以降低一半的漏风量。

（4）黄泥灌浆管路的布置和使用

根据8105工作面巷道剖面图，黄泥灌浆管路需安装在8105回风顺槽内非切顶卸压自成巷壁，通过间隔60 m的支管自流灌入采空区。8105回采完毕黄泥灌浆管路不需拆除可以复用为接续工作面的注氮管使用。当采空区发现遗煤有自燃现象时向发火区域灌浆灭火。

（5）注氮技术应用

8105工作面日常采取以注氮为主、喷洒阻化剂为辅的防灭火措施。注氮管路布置在8105运输顺槽的目的是回采时采空区预防性注氮和封闭后采空区气体置换。工作面“开式”采空区各监测点检测出CO及C2H4时，有可能遗煤自燃范围会持续扩大，应迅速持续注氮。当C2H4消失后或CO浓度降至0 ppm以下时，可停止注氮。工作面采空区因为“开式”所以月推进速度不作为防火因素考虑。

4 结论

切顶卸压自成巷综采工作面打破了常规的管理模式，在锦瑞煤业8105综采工作面的研究，论证了W型通风模式的合理性。通过切顶卸压自成巷综采工作面“开式”采空区防灭火技术研究和应用，比较W型和Y型通风模式下“开式”采空区三带划分规律，掌握了采空区漏风的规律和相应解决措施，形成一定的防灭火管理方法和新的防灭火理念，为切顶卸压自成巷综采工作面的推广提供了宝贵的依据和经验。