大U套小U兩進(jìn)兩回通風(fēng)方式在岳城礦的應(yīng)用分析

趙 亮

山西煤炭進(jìn)出口集團(tuán)公司通風(fēng)部，山西太原 030006

0 引言

本著建設(shè)高產(chǎn)高效節(jié)約型、打造精品化礦井的目標(biāo)，岳城礦針對(duì)3#煤層瓦斯含量高，結(jié)合工作面走向長(zhǎng)壁分層開采的采煤方法及采煤工藝，預(yù)測(cè)回采工作面在回采過(guò)程中工作面落煤及采空區(qū)瓦斯涌出量較大的情況下，借鑒鄰近礦井寺河礦、成莊礦回采工作面通風(fēng)布置方式，多方論證，優(yōu)化對(duì)比，最終確定工作面大U 套小U 兩進(jìn)兩回的通風(fēng)方式。

1 岳城煤礦概況

1.1 礦井概況

岳城煤礦位于晉城市沁水縣鄭村鎮(zhèn)趙莊村西北側(cè)1.2km處，距晉城市約60km，距沁水縣城約50km。井田位于沁水煤田中部，礦井北部為寺河煤礦，西部和南部分別與南河灘、夏荷、候村和長(zhǎng)畛四礦搭界，東部毗鄰成莊礦井。西距侯馬—月山鐵路嘉峰集運(yùn)站、陽(yáng)城—端氏一級(jí)公路10km，交通較為便利。

岳城煤礦設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為0.9Mt/a，井田面積6.61km2。井田水文地質(zhì)構(gòu)造簡(jiǎn)單，可采煤層為上石炭統(tǒng)太原組和下二疊系山西組3#、9#、15#三層，礦井工業(yè)儲(chǔ)量為7778.2 萬(wàn)噸，可采儲(chǔ)量為4608.2 萬(wàn)噸，服務(wù)年限為39.3 年。目前礦井單水平開拓開采3#煤層，3#煤平均厚度6.1m，屬無(wú)煙煤。

礦井共布置有四個(gè)井筒，即主斜井、副斜井、專用進(jìn)風(fēng)斜井、回風(fēng)立井。通風(fēng)方式為中央并列式，通風(fēng)方法為機(jī)械抽出式，其中主斜井、副斜井、專用進(jìn)風(fēng)斜井為進(jìn)風(fēng)井，回風(fēng)立井承擔(dān)整個(gè)礦井的回風(fēng)任務(wù)。回風(fēng)立井安設(shè)兩臺(tái)型號(hào)為FBCDZ-8-No.32 對(duì)旋式主扇，配套電機(jī)功率為2×710kW，一用一備，礦井總回風(fēng)量11 500m3/min，主扇運(yùn)行負(fù)壓1 780Pa，礦井等級(jí)孔為5.41m2，為通風(fēng)容易型礦井。

建井初期，岳城煤礦3#煤層瓦斯含量測(cè)定為14.54m3/t，屬高瓦斯礦井。井田內(nèi)3#煤層為三類不易自燃煤層，煤塵無(wú)爆炸危險(xiǎn)性。

岳城煤礦2009 年礦井瓦斯等級(jí)鑒定瓦斯涌出量156.9m3/min，鑒定結(jié)果為高瓦斯礦井。

本著建設(shè)高產(chǎn)高效節(jié)約型、打造精品化礦井的目標(biāo)，岳城礦最終確定工作面采煤方法為走向長(zhǎng)壁分層開采，采煤工藝為綜合機(jī)械化開采，頂板管理為直接垮落法。自2008 年礦井投產(chǎn)至現(xiàn)在，岳城礦已順利回采1301（上）及1302（上）工作面，目前正在回采1303（上）工作面，并且礦井也完成了當(dāng)年投產(chǎn)，當(dāng)年達(dá)產(chǎn)的目標(biāo)。

1.2 工作面通風(fēng)方式

1301（上）綜采工作面是該礦首采工作面，針對(duì)3#煤層瓦斯含量高，結(jié)合工作面采煤方法及采煤工藝，在回采過(guò)程中瓦斯涌出量預(yù)計(jì)較高。因此，在加強(qiáng)工作面瓦斯抽采達(dá)標(biāo)的基礎(chǔ)上，岳城礦深入開展采面巷道布置形式和通風(fēng)系統(tǒng)的調(diào)研工作。鄰近寺河礦、成莊礦回采工作面為一次采全高大采高綜采工作面和放頂煤綜采工作面，且兩礦3#煤層瓦斯含量均低于岳城礦，兩礦的通風(fēng)方式盡管對(duì)岳城礦有一定的借鑒意義，但由于岳城礦走向長(zhǎng)壁分層開采的采煤方法決定了采空區(qū)的瓦斯涌出量會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于兩礦，且岳城礦的規(guī)模和寺河、成莊相比較小，盲目的套用兩礦三進(jìn)兩回大斷面大風(fēng)量通風(fēng)方式顯然會(huì)造成大量的煤柱煤丟失，因此，本著建設(shè)高產(chǎn)高效節(jié)約型礦井的目標(biāo)，其采煤工作面通風(fēng)方式不是太適合岳城礦；而相鄰地方煤礦當(dāng)時(shí)回采工作面多為滑移支架炮采工作面和目前岳城礦綜采工作面采煤工藝不同，采面通風(fēng)系統(tǒng)無(wú)現(xiàn)成的經(jīng)驗(yàn)可以借鑒。岳城礦經(jīng)多方論證，優(yōu)化對(duì)比，最終確定了首采工作面的巷道布置形式和通風(fēng)方式。

工作面從左到右共布置有四條順槽巷道，分別為1201巷、1202 巷、1204 巷、1203 巷。其中1203 巷、1204 巷與礦井東翼軌道巷、東翼皮帶巷連接，為工作面進(jìn)風(fēng)順槽，1201巷、1204 巷分別與東翼回風(fēng)巷連通，承擔(dān)工作面的回風(fēng)任務(wù)。1201 巷、1203 巷通過(guò)工作面切眼后方尾巷連通，構(gòu)成了工作面外圈的大U 系統(tǒng)；1202 巷、1204 巷連通工作面切眼構(gòu)成了工作面的小U 系統(tǒng)。

1301（上）回采工作面巷道布置形式和通風(fēng)方式如圖所示。

2 大U 套小U 兩進(jìn)兩回通風(fēng)方式應(yīng)用分析

2.1 1301(上)工作面回采期間風(fēng)量分配及瓦斯涌出情況如下表

瓦斯涌出量（m3/min）1203 進(jìn)風(fēng)巷 2200 0.12 2.64 1204 進(jìn)風(fēng)巷 1600 0.18 2.88 1301 工作面 1600 0.42 6.62工作面上隅角 400 0.4 1.6回風(fēng)聯(lián)絡(luò)巷口 2600 0.8 20.8切眼尾巷 2200 0.3 6.6 1201 回風(fēng)巷 2600 0.85 22.1 1202 回風(fēng)巷 1200 0.6 7.2巷道名稱 配風(fēng)量（m3/min）瓦斯?jié)舛龋?）

從上表可知，工作面落煤期間瓦斯涌出量為4m3/min，占整個(gè)工作面瓦斯總涌出量的13.79%；

采空區(qū)瓦斯涌出量較大，為13m3/min，占整個(gè)工作面瓦斯總涌出量的44.82%；

四條順槽巷道累計(jì)涌出量為12m3/min，占整個(gè)工作面瓦斯總涌出量的41.39%；

工作面風(fēng)排瓦斯總量為29m3/min，占整個(gè)礦井瓦斯總涌出量的56%。

2.2 工作面瓦斯來(lái)源分析

1）工作面自2008 年10 月7 日試生產(chǎn)以來(lái)，工作面煤體經(jīng)順層鉆孔預(yù)抽及切眼初采推進(jìn)段加強(qiáng)預(yù)抽后，落煤期間工作面瓦斯涌出量較小為4m3/min；

2）工作面采空區(qū)瓦斯涌出量較大，主要原因?yàn)?#煤層上分層開采后，下分層由于解放，煤體中大量的吸附態(tài)瓦斯轉(zhuǎn)化為游離態(tài)瓦斯，是采空區(qū)瓦斯涌出的主要來(lái)源；另外3#煤層頂板及鄰近1#、2#煤層和上覆瓦斯巖層的冒落是采空區(qū)瓦斯涌出的又一個(gè)重要來(lái)源；

3）由于工作面的回采和采空區(qū)的垮落，工作面周邊煤體大量的瓦斯通過(guò)順槽巷道及工作面切眼后方尾巷的煤壁、底板運(yùn)移至順槽巷道中，這也是工作面瓦斯涌出的一個(gè)重要組成部分。

2.3 大U 套小U 兩進(jìn)兩回通風(fēng)方式的應(yīng)用效果與原理

2.3.1 大U 套小U 兩進(jìn)兩回通風(fēng)方式的應(yīng)用效果

1301（上）綜采工作面從開始回采到結(jié)束，由于工作面無(wú)特殊地質(zhì)構(gòu)造影響，工作面日產(chǎn)量平均3000t 左右，最高日產(chǎn)量達(dá)3700t。僅在初次老頂來(lái)壓時(shí)，上隅角瓦斯超限一次，瓦斯?jié)舛茸罡哌_(dá)3.2%，其它均在正?？刂品秶鷥?nèi)。由此說(shuō)明，此種工作面通風(fēng)方式較為適合岳城礦工作面采煤方法及采煤工藝的通風(fēng)要求，能提供可靠穩(wěn)定的風(fēng)量，并能有效解決上隅角及采空區(qū)的瓦斯涌出問(wèn)題。

2.3.2 大U 套小U 兩進(jìn)兩回通風(fēng)方式的應(yīng)用原理

如上圖所示，該通風(fēng)系統(tǒng)為兩個(gè)相對(duì)獨(dú)立又相互影響的U型通風(fēng)系統(tǒng)。其中工作面里圈小U 系統(tǒng)主要承擔(dān)工作面正?；夭傻墓╋L(fēng)任務(wù)；外圈大U 系統(tǒng)承擔(dān)工作面采空區(qū)抽放、聯(lián)絡(luò)橫川密閉施工、備用工作面預(yù)抽工作以及上隅角通往聯(lián)絡(luò)橫川采空區(qū)瓦斯稀釋風(fēng)量需求。大U 系統(tǒng)和小U 系統(tǒng)通過(guò)兩條進(jìn)風(fēng)巷中部聯(lián)絡(luò)橫川可以進(jìn)行工作面切眼和尾巷之間的風(fēng)量調(diào)節(jié)工作，真正實(shí)現(xiàn)工作面的以風(fēng)定產(chǎn)；利用工作面回風(fēng)側(cè)采空區(qū)后方聯(lián)絡(luò)橫川，使工作面負(fù)壓點(diǎn)向后移，采空區(qū)漏風(fēng)原來(lái)涌向上隅角。采取后部通風(fēng)后，大量采空區(qū)及上隅角的瓦斯通過(guò)后部橫川流向后部回風(fēng)巷道，上隅角瓦斯大大降低，通過(guò)風(fēng)流有效控制采空區(qū)瓦斯通過(guò)上隅角涌向工作面，保證工作面的安全正常回采。

2.4 大U 套小U 兩進(jìn)兩回通風(fēng)方式的應(yīng)用優(yōu)點(diǎn)

2.4.1 供風(fēng)量大，通風(fēng)設(shè)施施工安全系統(tǒng)數(shù)高

相比傳統(tǒng)的U 通風(fēng)系統(tǒng)及U+L 型通風(fēng)系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有風(fēng)量大、工作面上隅角瓦斯不宜積聚以及采空區(qū)聯(lián)絡(luò)橫川密閉施工方便、采空區(qū)瓦斯抽放工作管理方便等諸多優(yōu)點(diǎn)。工作面最大供風(fēng)量可達(dá)5 000m3/min，較傳統(tǒng)U 型通風(fēng)系統(tǒng)，兩進(jìn)兩回系統(tǒng)風(fēng)量可增加許多，能有效緩解工作面瓦斯涌出量大的壓力；閉墻施工處于全風(fēng)壓風(fēng)流中，風(fēng)量可靠穩(wěn)定，施工安全系數(shù)高；采空區(qū)抽放管路在工作面整個(gè)回采期間始終處于全風(fēng)壓風(fēng)流中，有利于采空區(qū)瓦斯抽放的控制與調(diào)節(jié)。

2.4.2 可以實(shí)現(xiàn)工作面風(fēng)量合理配置

該通風(fēng)系統(tǒng)可以通過(guò)兩回風(fēng)巷間上隅角通道橫川、下一個(gè)通風(fēng)開路橫川、回風(fēng)巷口的調(diào)節(jié)風(fēng)窗進(jìn)行風(fēng)流有效控制合理來(lái)分配風(fēng)量，且大U 系統(tǒng)和小U 系統(tǒng)通過(guò)兩條進(jìn)風(fēng)巷中部聯(lián)絡(luò)橫川進(jìn)行回采工作面和尾巷之間的風(fēng)量調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)大U 與小U 間合理的風(fēng)量分配；利用工作面回風(fēng)側(cè)采空區(qū)后方聯(lián)絡(luò)橫川通過(guò)風(fēng)流有效控制采空區(qū)瓦斯通過(guò)上隅角涌向工作面，保證工作面的安全正?；夭?。

2.4.3 可以避免形成盲巷，減少瓦斯排放

大U 套小U 兩進(jìn)兩回通風(fēng)方式是由兩個(gè)相互關(guān)聯(lián)又相互獨(dú)立的通風(fēng)系統(tǒng)組成，相比較U+L 型通風(fēng)系統(tǒng)或者是無(wú)后切眼的兩進(jìn)兩回通風(fēng)系統(tǒng)，大U 套小U 兩進(jìn)兩回通風(fēng)系統(tǒng)在工作面的整個(gè)回采過(guò)程中，外部大U 均處在全風(fēng)壓風(fēng)流中，因此，不會(huì)形成盲巷，工作面每推進(jìn)一個(gè)橫貫在回風(fēng)側(cè)巷道也無(wú)須砌筑密閉，減少了下一個(gè)工作面通風(fēng)系統(tǒng)調(diào)整時(shí)的瓦斯排放工作。

2.4.4 提前對(duì)下一個(gè)工作面瓦斯鉆孔進(jìn)行施工，增加瓦斯預(yù)抽采時(shí)間，提高工作面抽采率，形成礦井正常的抽掘采銜接

大U 套小U 兩進(jìn)兩回通風(fēng)系統(tǒng)在工作面的整個(gè)回采過(guò)程中，外部大U 均處在全風(fēng)壓風(fēng)流中，內(nèi)部小U 為工作面出煤系統(tǒng)，因此，可以在巷道掘進(jìn)或者在工作面回采期間在外部大U 兩條巷道中，對(duì)正回采工作面的兩側(cè)部署工作面施工順層鉆孔，提前對(duì)部署工作面煤體瓦斯進(jìn)行預(yù)抽采，增加瓦斯預(yù)抽采時(shí)間，提高工作面抽采率，形成礦井正常的抽掘采銜接。

3 結(jié)論及建議

大U 套小U 兩進(jìn)兩回通風(fēng)方式的適用范圍及條件：

1）對(duì)于瓦斯涌出量較大，需風(fēng)量大的工作面較為適用。

從上述大U 套小U 兩進(jìn)兩回通風(fēng)方式在岳城礦的應(yīng)用效果分析來(lái)看，該種通風(fēng)方式主要適用于由于工作面煤體透氣性系數(shù)、瓦斯衰減系數(shù)小而產(chǎn)生的抽采效果不理想，卻在機(jī)組割煤或者在放頂煤情況下隨著煤體的破碎大量吸附瓦斯解析涌出工作面，或者分層開采時(shí)由于壓力平衡破壞未采層的大量吸附瓦斯也涌出工作面，致使工作面、上隅角瓦斯難以解決的礦井。

2）適用于需要進(jìn)行施工本煤層鉆孔進(jìn)行預(yù)抽采的工作面。

對(duì)于本煤層瓦斯含量高，需要對(duì)本煤層煤體瓦斯施工鉆孔進(jìn)行預(yù)抽采的工作面，如果礦井又具有煤與瓦斯突出危險(xiǎn)，而采用本煤層鉆孔進(jìn)行區(qū)域消突的礦井，采用大U 套小U 兩進(jìn)兩回通風(fēng)方式，不僅可以提前對(duì)下一回采工作面及預(yù)掘順槽煤體瓦斯進(jìn)行預(yù)抽采，且外部大U 均處在全風(fēng)壓風(fēng)流中，施工鉆孔工作也一直在全風(fēng)壓風(fēng)流中施工，不易產(chǎn)生瓦斯積聚。

3）不適合于有發(fā)火自燃傾向的礦井。

由于此通風(fēng)方式，部分風(fēng)量要人為的進(jìn)入采空區(qū)，且由于負(fù)壓點(diǎn)的后移，致使在機(jī)尾段采空區(qū)不可避免的要有空氣進(jìn)入，對(duì)于發(fā)火期短的煤層來(lái)說(shuō)會(huì)產(chǎn)生很不利的作用，因此，要在有自燃傾向的煤層中使用該通風(fēng)方式，必須制定嚴(yán)格可行的防滅火技術(shù)措施和安全措施。

[1]葉青，林柏泉，姜文忠.回采工作面瓦斯涌出規(guī)定研究[J].中國(guó)礦業(yè)，2006(5).

[2]景長(zhǎng)寶.高瓦斯綜采工作面及其采空區(qū)瓦斯運(yùn)移規(guī)律研究[D].山東科技大學(xué)，2005.

[3]謝生榮.綜采工作面的瓦斯涌出規(guī)律及瓦斯涌出量的預(yù)測(cè)[D].太原理工大學(xué)，2005.