超长距离掘进巷道通风安全保障技术研究

超长距离掘进巷道通风安全保障技术研究

李军良

（乌苏四棵树煤炭有限责任公司，新疆 乌苏 833000）

摘要：随着现代化矿井建设工作不断推进，采煤工作面推进速度不断增加，通过布置超长距离回采工作面可减少采面搬家倒面次数并减少保护煤柱积煤量，对提高煤炭生产效益具有一定促进意义。本文对超长距离掘进巷道通风安全保障技术进行分析，以供参考。

关键词：超长距离巷道；局部通风；保障措施

引言

煤炭是中国重要的能源支柱，直接影响国民经济的发展。随着机械化采煤技术的不断发展，采掘失衡的矛盾突出。近年来，大功率掘进设备的应用使得掘进速率和支护效率失衡的问题更加突出，而各环节协调运行是缓解矛盾最有效的手段。提高支护效率以及支护强度是协调掘支矛盾最直接的措施。

1超前探测技术的掘进

随着煤矿开采向深部不断延伸，地质构造愈加复杂化，断层、褶曲、破碎带、溶洞、矿井突水点等地质异常体多见，不仅影响施工效率，而且给矿井安全生产造成严重的威胁。巷道掘进作为煤矿开采的重要环节，是一项工作环境特殊、技术难度大、工作要求高且关系到矿井安全的地下隐蔽工程，在待掘信息未知的情况下进行掘进活动，地质异常体诱发的矿井灾害时有发生，给掘进工作带来严重的阻碍。因此，在煤矿巷道掘进工程施工前期，有必要对待掘区做详细的地质分析。超前探测技术能有效地识别地质异常体、掌握地质构造参数、预测巷道前方压力、保证巷道掘进的安全施工，可作为待掘区地质分析的有效手段。①对地震波的传播特性了解不深、认识不够，无法准确获取地震波的波场分布特征;②煤矿掘进巷道条件复杂，缺少对典型地质异常区域地震波探测结果的特征分析与挖掘，不利于对探测数据的快速解译和评估;③没有形成系统的超前探测评价与预警体系，尤其是针对动力灾害显现较为明显的煤层巷道，在巷道掘进过程中的随掘随探分析与预警。除此之外，由于国外煤矿开采条件与国内存在极大的差异，掘进巷道超前探测工作的发展也处于停滞状态，大多还是利用预警、监控数据等方法实现突出危险的预测预报工作，对于专业的预警参数测定数据并没有进行深入的研究与硬件升级工作。

2支护方案的优化设计

2.1掘进速率影响因素分析

工程地质条件（断层以及煤层夹矸）是影响施工速率的主要因素，在工作面回风巷掘进过程中，原岩由三向平衡状态转变成双向受压状态，在拉应力、压应力和剪应力的共同作用下，促进了煤体内部裂隙的扩展发育，造成留设顶煤的强度低，加大了支护的难度。此外，煤层中夹有平均厚度为0.8m的夹矸，降低了掘进效率，而工作面内断层的存在促使掘进方向的改变。矿井采用“三八制”工作制度，1掘1锚，每次掘进时间50min，支护时间82min，掘进与支护的不匹配亦是造成掘进效率低的原因。

2.2支护方案的优化

基于上述讨论，采用长锚固构建连续锚固层的支护技术，降低了支护密度，增加了支护厚度，控制了巷道围岩变形。为了确定合理的支护参数，通过FLAC3D数值模拟软件，根据实际地质条件建立地质模型。其中，锚杆的长度分别设置为3.5m，4.0m，4.5m，间距1400mm，排距1000mm模拟不同长度锚杆支护作用下围岩的应力变化状况，为了更直观地反映结果。垂直应力变化曲线存在明显拐点，当锚固长度为3.5m时，垂直应力值为11.5MPa；当锚固长度增加至4.0m时，垂直应力降低至10.3MPa；当锚固长度为4.5m时，垂直应力值达到最大12.3MPa。水平应力随着锚固长度的增加呈现降低的趋势，当锚固长度为3.5m时，水平应力值最大为13.8MPa；当锚固长度为4.0m和4.5m时，水平应力值分别为11.6MPa，11.2MPa。

2.3装置结构优点

1）利用锲块作为增阻块，使得连接腿与支撑梁之间有相对运动趋势，连接腿与支撑梁搭接处的空隙变大时，锲块能够很好地填充空隙，阻止连接腿与支撑梁之间的相对运动趋势，避免U形卡箍紧固件松动，使得本支架能够承受较大的压力、不易变形损坏。2）该支架可适用于矿井等各类基本巷道，尤其适应高应力软岩巷道或受动压影响的巷道，如结合锚杆锁腿、锚索加固、壁后（支架和围岩之间的空隙）充填注浆等措施，其支撑效果更好。3）该支架承受压力大、导致连接腿和支撑梁的搭接区有相对运动的可能性时，由于增阻装置的作用，连接腿和支撑梁之间的相对运动得到明显限制，不会轻易因为承受压力的增大而变形损坏，提高了本支架整体支撑力。

3超长距离掘进巷道通风方式选择及通风设备确定

现阶段矿井长距离掘进巷道常用的通风技术措施包括有局部通风机串联通风、局部通风机并联通风、增加通风立眼、双巷平行掘进、单巷单机通风以及构造风库等类型。上述不同的掘进巷道通风技术在国内煤炭开采企业中均有应用，但是巷道在选择通风方式时应依据掘进巷道现场地质条件、通风长度以及通风经济效益等方面综合确定。具体不同局部通风方式优缺点比对表。3506运输巷通风最远距离超过4000m，采面通风采用U型，若使用双巷掘进势必会增加掘进工程量；若通过增加通风立眼方式不仅会大幅增加通风成本而且会延长采面采掘接替时间；局部通风机并联通风的主要目的是解决短距离巷道风量不足问题，无法满足常超距离掘进巷道通风需要。因此，可以选择使用单巷单机通风、单巷串联通风以及构筑风库等通风方式，具体不同通风方式时管理、安全以及维护量等对比情况。

4超长距离局部通风减漏及节能技术

4.1通风减漏技术措施

长距离掘进巷道通风期间通风风筒最为常见的漏风点集中在风筒连接位置，传统的风筒连接多是通过大活环单边接头、双边接头或者固定环单反接头方式，采用上述接头方式时则不同程度面临接头位置漏风量大、施工难度高等问题。为此在局部通风时通风风筒接头选择采用拉链式快速接头风筒，采用此种风筒连接方式时具备有风阻低、漏风率小、风筒质量轻以及承受风压高等优点，可满足巷道超长距离供风需要。

4.2节能技术措施

通风机选型按照通风最困难时期确定，但是巷道掘进前期由于通风距离短，需要的通风风压以及风量等均较小，掘进巷道局部通风机长时间处于低负载工作状态，则存在一定程度的电能浪费。为此，采用变频器对局部通风机通风进行控制。在巷道掘进前期局部通风机转速控制在额定转速的60%~70%，在满足通风需要的同时降低能耗。

结束语

综上所述，此次MSP超前探测在21采区胶带运输下山进行，根据以往的探测经验把地震波速定为1．5m/ms．结合探明断层空间三维形态示意图，最终探测结果显示，探测位置前方存在3处地震反射异常界面，分别与探测位置前方J3断层，G4、J6、J7断层，J8断层的位置相对应，推测这3处异常为受这几处断层影响所致，巷道掘进过程中要加以注意。由上述分析提出如下建议:1)建议在巷道掘进过程中，加强地质编录，可进一步提高对探测区域的解释精度。2)实际生产过程中，如发现构造异常，应及时通知相关技术人员，以便采取加密观测及防治措施。3)针对提出的异常体区域，做好提前预防的准备。

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作者简介：李军良（1978.7-），男，汉，山东潍坊人，2019年6月毕业于新疆工程学院，安全工程专业，本科学历，工程师职称；现在乌苏四棵树煤炭有限责任公司，从事煤矿应急管理工作。