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摘要：基于分源原理的保护层工作面瓦斯涌出预测方法，对保护层回采工作面合理配风，是保护层实现安全开采的关键之一。结合平煤股份四矿、五矿上保护层开采风量配给，将保护层工作面风量计算结果与实测结果进行了对比分析，由于保护层开采的卸压作用，使被保护层瓦斯大量自然排放到保护层采空区，并随采空区漏风大量涌入作业空间，导致保护层工作面计算配风量小于实际配风量。为此，保护层回采工作面配风量要大于计算配风量150～200 m3/min，但不宜超过最大风速，以达到合理配风要求。
关键词：突出矿井 保护层开采 配风量
随着我国煤矿开采深度的增加，煤与瓦斯突出矿井和突出煤层的数量不断增加，利用保护层开采过程中的被保护层的卸压作用对卸压瓦斯进行强化抽采，使被保护层由高瓦斯突出危险煤层变为低瓦斯无突出危险煤层，从而实现煤与瓦斯资源的安全高效共采。基于分源原理的保护层工作面瓦斯涌出预测方法，结合平煤股份四矿、五矿上保护层开采风量配给，将保护层工作面风量计算结果与实测结果进行了对比分析，由于保护层开采的卸压作用，使被保护层瓦斯大量自然排放到保护层采空区，并随采空区漏风大量涌入作业空间，对保护层工作面合理配风，是保护层实现安全开采的关键之一。
1 保护层回采工作面瓦斯来源分析
保护层回采工作面瓦斯涌出来源主要来自两个方面：开采层及邻近层（包括含有炭质的岩层）。
1.1工作面瓦斯涌出特征
采用综合机械化采煤，机组割煤比较连续，工作面推进速度快；采落煤块较小，粉煤较多；使瓦斯涌出量急剧增加，易造成回风巷和局部瓦斯积聚（尤其是上隅角）。但是，保护层本身煤层瓦斯含量较小，大量瓦斯主要来源于采空区的涌出瓦斯。
1.2采空区的瓦斯涌出分布
采空区瓦斯涌出又由三部分构成：围岩瓦斯涌出、回采丢煤瓦斯涌出、邻近层瓦斯涌出，这三部分瓦斯随着采场内煤、岩层的变形或垮落而卸压，按各自的涌出规律涌入采空区，混合在一起。采空区瓦斯在矿井通风负压和浓度差的作用下涌向工作面。
平顶山矿区煤层顶、底板多为炭质泥岩或砂质泥岩，围岩中瓦斯含量极少，不予考虑。另保护层工作面采高一般在1.4～1.6m，而煤厚一般在0.5～1.0m，可以实现全部回采，回采丢煤瓦斯涌出因素也不存在。这样，邻近层瓦斯涌出是采空区瓦斯的主要来源。
2 保护层回采工作面瓦斯涌出量预测
回采工作面瓦斯涌出量预测用相对瓦斯涌出量表达，以24 h为一个预测圆班，采用式（2-1）计算。
q采= q 1+ q 2 （2-1）
（1）开采层瓦斯涌出量
开采层瓦斯涌出量q1，采用式（2-2）计算。
（2-2）
K3=（L-2h）/L （2-3）
（2）邻近层瓦斯涌出量
邻近层瓦斯涌出量可由式（2-4）计算。
（2-4）
式中：
以八矿戊8煤层为例计算，保护层回采工作面瓦斯涌出量预测结果，见计算表2-1.
3 保护层回采工作面合理配风量计算
保护层工作面采用走向长壁综合机械化后退式采煤，全部跨落法管理顶板，选用ZY6800-12/25型液压支架，采面采长按170m，采高1.6m，采面推进度按70m/月。破顶板、底板软岩回采.配风量主要依据瓦斯涌出量、劳动气象、最大作业人数等计算，具体如下：
3.1按瓦斯涌出量计算
Q采=125 q采KCH4=125×4.103×2
=1025.9m3/min
式中：Q采—采面实际需风量，m3/min；
q采—回风巷回风流中瓦斯绝对涌出量；
q采=q相对采×D/1440=16.88×350/1440 =4.103m3/min，其中D为日出煤量：D=2.4×0.6×170×1.43=350t/日。
KCH4—采面瓦斯涌出不均匀通风系数，取2；
125—回风流中瓦斯浓度不应超过0.8%的换算系数。
3.2 按劳动气象条件计算
Q采= 60·S·V采·k采高·k采面长=60×4.861×1.8×1×1.2=630m3/min
式中：Q采—采煤工作面需风量，m3/min；
S—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，m2；（4.64+4.04）/2×1.6×70%=4.861
V采—采煤工作面的风速，m/s，按采煤工作面风流的温度从表3-1中选取；
k采高—采煤工作面采高调整系数，具体取值见表3-2；
k采面长—采煤工作面长度调整系数，具体取值见表3-3；
70% —有效通风断面系数；
60 —单位换算产生的系数。
3.3 按同时工作最多人数计算
Q采=4N=4×60=240m3/min
式中：N-工作面同时工作最多人数，按60人计算。
综上所述，工作面配风量取1200m3/min。
3.4按风速验算
①验算最小风量
1900m3/min>67.87m3/min
②验算最大风量
1200m3/min<1247m3/min
式中：S最大—采煤工作面最大控顶有效断面积，S最大= L最大×hcf×70%=5.197m2；
S最小—采煤工作面最小控顶有效断面积，
S最小= l最小×hcf ×70%=4.525m2；
L最大—采煤工作面最大控顶距， 4.64m；
l最小—采煤工作面最小控顶距， 4.04m；
hcf—采煤工作面实际采高， 1.6m；
70%—有效通风断面系数；
4.0—采煤工作面允许的最大风速，m/s。
经验算，配风量符合《煤矿安全规程》规定。
4 结论
采面采取综合防尘措施后，允许的最大风速5m/s，最大允许配风量1559 m3/min。平煤股份四矿、五矿上保护层开采风量配给在1500～1700 m3/min之间，存在采面风速超标现象，作业空间煤岩尘飞扬，给职工健康带来危害。因此，确定戊8保护层回采工作面合理配风量1200 m3/min。
为提高保护效果，保护层采面开采同时需对被保护层瓦斯进行区域治理，完善抽放系统，对保护层回采工作面上隅角、采空区、被保护煤层瓦斯进行抽放，以保证采面回风流中瓦斯浓度在允许范围之内。
参考文献：
[1] 张国枢.通风安全学[M].徐州：中国矿业大学出版社，2007
[2] 国家安全生产监督管理总局.AQ1028-2006煤矿井工开采通风技术条件[S].北京：煤炭工业出版社，2006
[3] 国家安全生产监督管理总局，国家煤矿安全监察局.防治煤与瓦斯突出规定[M].北京：煤炭工业出版社，2009
[4] 国家安全生产监督管理总局.AQ1050-2008 保护层开采技术规范[S].北京：煤炭工业出版社，2009
作者简介：冯永飞（1981— ），男，籍贯河南商水，助理工程师，2010年毕业于河南理工大学安全工程专业，现在平煤股份八矿从事煤矿工作。
关键词：突出矿井 保护层开采 配风量
随着我国煤矿开采深度的增加，煤与瓦斯突出矿井和突出煤层的数量不断增加，利用保护层开采过程中的被保护层的卸压作用对卸压瓦斯进行强化抽采，使被保护层由高瓦斯突出危险煤层变为低瓦斯无突出危险煤层，从而实现煤与瓦斯资源的安全高效共采。基于分源原理的保护层工作面瓦斯涌出预测方法，结合平煤股份四矿、五矿上保护层开采风量配给，将保护层工作面风量计算结果与实测结果进行了对比分析，由于保护层开采的卸压作用，使被保护层瓦斯大量自然排放到保护层采空区，并随采空区漏风大量涌入作业空间，对保护层工作面合理配风，是保护层实现安全开采的关键之一。
1 保护层回采工作面瓦斯来源分析
保护层回采工作面瓦斯涌出来源主要来自两个方面：开采层及邻近层（包括含有炭质的岩层）。
1.1工作面瓦斯涌出特征
采用综合机械化采煤，机组割煤比较连续，工作面推进速度快；采落煤块较小，粉煤较多；使瓦斯涌出量急剧增加，易造成回风巷和局部瓦斯积聚（尤其是上隅角）。但是，保护层本身煤层瓦斯含量较小，大量瓦斯主要来源于采空区的涌出瓦斯。
1.2采空区的瓦斯涌出分布
采空区瓦斯涌出又由三部分构成：围岩瓦斯涌出、回采丢煤瓦斯涌出、邻近层瓦斯涌出，这三部分瓦斯随着采场内煤、岩层的变形或垮落而卸压，按各自的涌出规律涌入采空区，混合在一起。采空区瓦斯在矿井通风负压和浓度差的作用下涌向工作面。
平顶山矿区煤层顶、底板多为炭质泥岩或砂质泥岩，围岩中瓦斯含量极少，不予考虑。另保护层工作面采高一般在1.4～1.6m，而煤厚一般在0.5～1.0m，可以实现全部回采，回采丢煤瓦斯涌出因素也不存在。这样，邻近层瓦斯涌出是采空区瓦斯的主要来源。
2 保护层回采工作面瓦斯涌出量预测
回采工作面瓦斯涌出量预测用相对瓦斯涌出量表达，以24 h为一个预测圆班，采用式（2-1）计算。
q采= q 1+ q 2 （2-1）
（1）开采层瓦斯涌出量
开采层瓦斯涌出量q1，采用式（2-2）计算。
（2-2）
K3=（L-2h）/L （2-3）
（2）邻近层瓦斯涌出量
邻近层瓦斯涌出量可由式（2-4）计算。
（2-4）
式中：
以八矿戊8煤层为例计算，保护层回采工作面瓦斯涌出量预测结果，见计算表2-1.
3 保护层回采工作面合理配风量计算
保护层工作面采用走向长壁综合机械化后退式采煤，全部跨落法管理顶板，选用ZY6800-12/25型液压支架，采面采长按170m，采高1.6m，采面推进度按70m/月。破顶板、底板软岩回采.配风量主要依据瓦斯涌出量、劳动气象、最大作业人数等计算，具体如下：
3.1按瓦斯涌出量计算
Q采=125 q采KCH4=125×4.103×2
=1025.9m3/min
式中：Q采—采面实际需风量，m3/min；
q采—回风巷回风流中瓦斯绝对涌出量；
q采=q相对采×D/1440=16.88×350/1440 =4.103m3/min，其中D为日出煤量：D=2.4×0.6×170×1.43=350t/日。
KCH4—采面瓦斯涌出不均匀通风系数，取2；
125—回风流中瓦斯浓度不应超过0.8%的换算系数。
3.2 按劳动气象条件计算
Q采= 60·S·V采·k采高·k采面长=60×4.861×1.8×1×1.2=630m3/min
式中：Q采—采煤工作面需风量，m3/min；
S—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，m2；（4.64+4.04）/2×1.6×70%=4.861
V采—采煤工作面的风速，m/s，按采煤工作面风流的温度从表3-1中选取；
k采高—采煤工作面采高调整系数，具体取值见表3-2；
k采面长—采煤工作面长度调整系数，具体取值见表3-3；
70% —有效通风断面系数；
60 —单位换算产生的系数。
3.3 按同时工作最多人数计算
Q采=4N=4×60=240m3/min
式中：N-工作面同时工作最多人数，按60人计算。
综上所述，工作面配风量取1200m3/min。
3.4按风速验算
①验算最小风量
1900m3/min>67.87m3/min
②验算最大风量
1200m3/min<1247m3/min
式中：S最大—采煤工作面最大控顶有效断面积，S最大= L最大×hcf×70%=5.197m2；
S最小—采煤工作面最小控顶有效断面积，
S最小= l最小×hcf ×70%=4.525m2；
L最大—采煤工作面最大控顶距， 4.64m；
l最小—采煤工作面最小控顶距， 4.04m；
hcf—采煤工作面实际采高， 1.6m；
70%—有效通风断面系数；
4.0—采煤工作面允许的最大风速，m/s。
经验算，配风量符合《煤矿安全规程》规定。
4 结论
采面采取综合防尘措施后，允许的最大风速5m/s，最大允许配风量1559 m3/min。平煤股份四矿、五矿上保护层开采风量配给在1500～1700 m3/min之间，存在采面风速超标现象，作业空间煤岩尘飞扬，给职工健康带来危害。因此，确定戊8保护层回采工作面合理配风量1200 m3/min。
为提高保护效果，保护层采面开采同时需对被保护层瓦斯进行区域治理，完善抽放系统，对保护层回采工作面上隅角、采空区、被保护煤层瓦斯进行抽放，以保证采面回风流中瓦斯浓度在允许范围之内。
参考文献：
[1] 张国枢.通风安全学[M].徐州：中国矿业大学出版社，2007
[2] 国家安全生产监督管理总局.AQ1028-2006煤矿井工开采通风技术条件[S].北京：煤炭工业出版社，2006
[3] 国家安全生产监督管理总局，国家煤矿安全监察局.防治煤与瓦斯突出规定[M].北京：煤炭工业出版社，2009
[4] 国家安全生产监督管理总局.AQ1050-2008 保护层开采技术规范[S].北京：煤炭工业出版社，2009
作者简介：冯永飞（1981— ），男，籍贯河南商水，助理工程师，2010年毕业于河南理工大学安全工程专业，现在平煤股份八矿从事煤矿工作。