杨 康

（山西焦煤霍州煤电店坪煤矿，山西吕梁 033102）

随着煤矿开采水平不断增大，矿井开拓延伸矿井地应力增高，工作面瓦斯治理技术难题日益凸显，严重制约着综采工作面安全高效回采；目前综采工作面常用“U”型通风系统或“U+高抽巷”型通风系统，但是普遍存在上隅角瓦斯积聚、瓦斯治理难度大等难题，为达到预期瓦斯治理效果，先后对工作面采取气相压裂增透、顺煤层瓦斯钻孔抽采。采空区埋管抽采以及高位钻孔抽采等，但是仍存在很多问题，无法从根本上解决工作面瓦斯涌出量大、通风风阻大等技术难题，本文以店坪煤矿204工作面为研究对象，对工作面通风系统进行优化，提出了“W”型通风系统。

1 概述

店坪煤矿204工作面位于830水平二采区左翼，工作面最高标高930m,工作面最低标高828m，工作面东为井田边界，西为830系统大巷，南为9-206工作面，北与9-202工作面相邻（已回采）。

204 工作面工作面顺槽长度为1173m，切巷长为247m，回采煤层为9#层，平均厚度为2.8m，平均倾角为4°，瓦斯绝对涌出量4.23m3/min，相对涌出量为0.85m3/t。煤尘具有爆炸危险性，爆炸指数为19.79%，煤层属于Ⅱ级自燃煤层，自然发火期为80d。

204 工作面初步设计采用“U”型通风系统，但是根据202工作面实际应用效果来看，“U”型通风系统很容易造成上隅角瓦斯积聚，且工作面漏风系数高，采空区有害气体涌出量大，不利于工作面瓦斯治理及安全高效回采，所以决定对店坪煤矿204工作面通风系统进行优化改进，采用“W”型通风系统，

2 工作面通风现状及问题分析

2.1 “U”型通风现状

204工作面北部为202工作面，工作面设计长度为1210m，切巷长度为235m，工作面采用“U”型通风系统，202工作面与204工作面设计长度基本一致，且回采煤层、回采工艺、瓦斯赋存、采空区管理等相同，所以可将202工作面作为对比分析对象。

根据202 工作面回采现状来看，工作面回采至120m 处时初次来压，来压期间应力显现现象严重，工作面支架工作阻力大，回采速度慢且煤层破碎，造成工作面及上隅角处瓦斯浓度高，实测上隅角最大瓦斯浓度为1.4%,回风流中最大瓦斯浓度为2.4%；初次来压后工作面正常回采时上隅角及回风流中瓦斯浓度相对降低，但是上隅角平均瓦斯浓度为1.2%,回风流中平均瓦斯浓度为1.7%。工作面漏风量达8%。

2.2 “U”型通风系统主要存在问题

（1）上隅角瓦斯治理难度大：“U”型通风系统工作面位于尾端存在上隅角，工作面正常通风时在上隅角处出现窝风现象，无法将上隅角处瓦斯直接排除，导致上隅角瓦斯处于积聚状态，且上隅角瓦斯治理难度大。

（2）漏风量大：采用“U”型通风系统时204 运输顺槽（2041 巷）为进风巷，风流经过上端头时部分风量在采空区负压作用下沿端头以及架间间隙进入采空区内，造成工作面设计配风量减小，且风阻增大。

采空区瓦斯涌出量大：“U”型通风系统综采工作面采空区架后150m 范围内瓦斯积聚及赋存状态可分为三带，分别为漏风影响带、瓦斯滞留带以及瓦斯压实积聚带；漏风影响带位于架后50～70m 范围内，瓦斯滞留带位于架后70～120m 范围内，瓦斯积聚压实带位于架后120m后；工作面端头及架间漏风将采空区漏风影响带内瓦斯带处，携带瓦斯浓度在1%～5%左右；而采空区瓦斯滞留带和瓦斯压实积聚带内瓦斯受漏风影响小，风流带处瓦斯量少，所以采空区漏风影响带瓦斯是采空区瓦斯主要来源，漏风影响带宽窄度直接影响着瓦斯涌出量。

3 “W”型通风系统应用

3.1 “W”型通风系统结构

204工作面采用“W”型通风系统后实现与206工作面为无煤柱工作面，即工作面回采过程中采用“两进一回”的通风方式，2041巷、2061巷为进风巷，2042巷（沿空留巷）为总回风巷，如图1 所示；先回采204 工作面，206 工作面为备采工作面，204 工作面回采时新鲜风流沿2041 巷进入工作面将污风带入2042 巷内，由于206工作面为备采工作面，保证正常通风即可，风流从2061巷进入206工作面然后沿沿空留巷进入2042巷内。

3.2 工作面配风量

204工作面回采期间所需风量按Q采=60×70%×V采×S采×K采高×K采面长公式进行计算，其中V采为204采煤工作面的风速，按采煤工作面进风流的温度选取，采煤工作面温度＜20℃，故选取1.0m/s；S采为204采煤工作面的平均有效断面积，按最大和最小控顶有效断面的平均值计算。工作面最大空顶距为5.285m，最小控顶距4.485m，可计算出平均控顶距4.885m。工作面实际采高3.1m，所以断面为4.885×3.1=15.14（m3）；K采高为204采煤工作面采高调整系数，工作面采高3.1m，选取系数为1.2；K采面长为204 采煤工作面长度调整系数，工作面长度为247m，根据山西焦煤集团有限责任公司矿井配风、风量计算标准，回采工作面长度大于180m时，选取系数为1.30～1.40，此处选取系数为1.40；所以通过计算Q采=60×70%×1.0×15.14×1.2×1.4=1068（m3/min）。

3.3 沿空留巷设计

为了保证沿空留巷施工安全，需对留巷段采取维护控制措施，所以决定对204 工作面超前进行切顶卸压，对留巷段顶板采取安装挡矸装置。

3.3.1 切顶卸压施工

（1）切顶卸压施工目的主要使顶板超前预裂，确保顶板进入采空区后沿预裂方向全部垮落，从而避免顶板垮落时造成留巷段顶板出现破碎、垮落现象；切顶卸压布置在204 巷内，沿巷道走向布置，预裂孔深为8.0m，直径为75mm，钻孔布置间距为3.0m。

（2）预裂孔施工完后对钻孔内安装聚能管，对聚能管内安装矿用乳化炸药以及毫秒延期电雷管，采用正向装药方式，单孔装药量为3kg，雷管脚线采用串联连接方式。

（3）主要完成后依次进行爆破预裂，爆破预裂范围控制在工作面30m 范围内，每次爆破预裂孔数量不超过3个。

3.3.2 安装挡矸装置

（1）为了对采空区矸石起到阻挡作用需在沿空巷位于采空区侧安装挡矸装置，挡矸装置采用U29 型可伸缩型钢棚，钢棚顶梁长度为0.5m为工字钢梁，棚腿长度为3.1m，钢棚支设后成“T”型结构。

（2）挡矸装置安装间距为0.5m，装置安装后相邻装置之间采用三组防倒拉杆连接，挡矸装置支设在切顶线0.3m 处；挡矸装置支设完成后在挡矸装置表面安装风筒布、金属护网，并对护网表层进行喷浆覆盖处理。

（3）为了提高沿空巷切顶线处顶板整体稳定性，在距挡矸装置0.5m和1.5m处施工两排迈步式锚索吊棚，吊棚沿巷道走向进行布置。

2042沿空留巷支护如图2所示。

图2 2042沿空留巷支护示意图

4 结语

（1）采用传统“U”型通风系统时上隅角处于窝风区和工作面负压区内，造成上隅角瓦斯排除难度大，且采空区内瓦斯在负压作用下进入采空区，致使上隅角瓦斯积聚超限现象；而采用“W”型通风系统后在上下进风流流场叠加的情况下消除了上隅角，解决了上隅角瓦斯积聚现象，204工作面在后期回采过程中回风流中瓦斯浓度控制在0.9%以下。

（2）采用“U”型通风系统时为单通道供风方式，巷道内配风量大、风速高，造成风阻大，而采用“W”型通风系统时采用双通道供风方式，巷道供风风量小、风速低，通风阻力小，通过计算“W”型通风风阻仅为“U”型通风风阻的25%～30%。

（3）采用“W”型通风系统时工作面两侧为进风巷，两侧风压差相比“U”型通风系统要小，采空区漏风量小，且采空区漏风影响带宽度小于“U”型通风工作面，减少了采空区瓦斯涌出量，便于采空区瓦斯治理。

（4）采用“W”型通风系统时2042巷作为沿空留巷，204 工作面回采后可继续用于206工作面回风，两个工作面由原来“U”型通风系统4条巷道，减少为3条巷道，减少巷道掘进工程量1800m，成本费用减少了900 余万元。