下行通風(fēng)在西峪煤礦的應(yīng)用實(shí)踐

張志斌，王 飛

（1.太原西峪煤礦，太原 030021；2.太原理工大學(xué) 礦業(yè)工程學(xué)院，太原 030024）

1 礦井概況

太原西峪煤礦年產(chǎn)1.2 Mt，采用中央邊界抽出式通風(fēng)系統(tǒng)，由主、副井進(jìn)風(fēng)，奧子腦風(fēng)井回風(fēng)。礦井總進(jìn)風(fēng)量8 600 m3/min，總回風(fēng)量8 860 m3/min。主、備均為GAF25-13.3-1型扇風(fēng)機(jī)，電機(jī)功率1 250 kW。回采工作面采用“U”型通風(fēng)方式，設(shè)計(jì)配風(fēng)量1 350 m3/min。礦井絕對(duì)瓦斯涌出量13.63 m3/min，相對(duì)瓦斯涌出量4.41 m3/min。煤塵有爆炸性，煤層自燃傾向性為Ⅲ類，煤層瓦斯含量3.515～5.059 m3/t，煤層瓦斯壓力0.43 MPa，鉆孔瓦斯流量衰減系數(shù)0.073～0.115 d-1，煤塵透氣性系數(shù)1.798 m2/MPa2·d，屬于較難抽放煤層。

礦井采用采區(qū)前進(jìn)式開(kāi)采、傾斜長(zhǎng)壁后退式和走向長(zhǎng)壁后退式采煤法，巷道均用錨桿和錨索支護(hù)、全部垮落法管理頂板。近年來(lái)，隨著礦井采煤方式由原來(lái)的普采及炮采轉(zhuǎn)變?yōu)榫C采一次采全高和綜采放頂煤開(kāi)采，工作面瓦斯涌出發(fā)生了變化，引起上隅角瓦斯?jié)舛壬?、生產(chǎn)過(guò)程中常常超限，需要設(shè)法保證安全生產(chǎn)。

2 西峪煤礦使用下行通風(fēng)之前瓦斯治理存在的問(wèn)題

西峪煤礦回采面一直采用“U”型上行通風(fēng)。其缺點(diǎn)是：上行風(fēng)時(shí)采空區(qū)涌出的瓦斯大多從上隅角涌出，由于浮力因素不易和空氣混合，上隅角處易形成渦流，造成通風(fēng)不暢，經(jīng)常導(dǎo)致上隅角瓦斯超限。

2.1 回采期間存在的問(wèn)題

回采面上隅角瓦斯管理先后采用了掛風(fēng)幛、調(diào)整工作面配風(fēng)、調(diào)整通風(fēng)方式為U+L型、抽出式風(fēng)機(jī)抽排上隅角瓦斯、利用移動(dòng)瓦斯抽放泵站抽放上隅角及采空區(qū)瓦斯等方式。分析上述方法，存在以下缺陷：①掛風(fēng)幛為臨時(shí)采取的措施，掛設(shè)方式人為性很大，很不穩(wěn)定，只適用于瓦斯較小的工作面。②調(diào)整工作面配風(fēng)沒(méi)有針對(duì)性，且需經(jīng)常改變。③采用U+L型通風(fēng)方式，需在工作面外側(cè)建一條與回風(fēng)巷平行的尾巷，增加了掘進(jìn)量。由于尾巷壓力大、長(zhǎng)期不能正常維修，導(dǎo)致失修嚴(yán)重、維修難度大，下一個(gè)工作面無(wú)法使用，影響了采掘銜接。由于對(duì)回風(fēng)巷與尾巷的貫眼間距把握不準(zhǔn)，調(diào)整不及時(shí)會(huì)導(dǎo)致瓦斯超限。尾巷內(nèi)的通風(fēng)不穩(wěn)定，瓦斯?jié)舛容^高，管理存在隱患。④抽出式風(fēng)機(jī)抽排上隅角瓦斯，由于受抽出式風(fēng)機(jī)防爆性能影響，安全性差、且抽排量小，只適用于瓦斯較小的工作面；風(fēng)機(jī)裝在回風(fēng)巷內(nèi)，管理難度大。⑤開(kāi)采煤層屬難抽放煤層，利用移動(dòng)瓦斯抽放泵站抽放上隅角及采空區(qū)瓦斯，受抽放方式影響，抽放率較低，效果不明顯。

由于瓦斯治理措施存在上述問(wèn)題，上隅角瓦斯超限一直得不到有效解決。3516、6607回采工作面由于瓦斯超限處理難度大、上隅角頻繁超限，導(dǎo)致工作面提前回收；其他工作面上隅角也有瓦斯超限現(xiàn)象。

2.2 回收期間存在的問(wèn)題

1）西峪煤礦綜采面通常采用的回收方法是：在原切眼內(nèi)提前做一高2.4 m，寬3 m的撤架巷,該巷每隔3～6 m視情況打一木垛（2 m×2 m，板料0.2 m×2 m），配小木棚子護(hù)頂，木架不回收以保證撤架巷風(fēng)路暢通，當(dāng)壓力大或頂板破碎時(shí)，視情況再增加點(diǎn)柱或木垛。若因撤架巷冒頂、風(fēng)路不暢時(shí)，需在工作面進(jìn)風(fēng)巷與切眼交匯處構(gòu)筑一道密閉，并在回風(fēng)聯(lián)絡(luò)巷安裝局扇，利用風(fēng)筒經(jīng)工作面回風(fēng)巷將風(fēng)流送至回收處。若因風(fēng)量不足造成上隅角瓦斯超限，則將風(fēng)筒出風(fēng)口引至工作面上隅角上風(fēng)側(cè)10～20 m，以增大風(fēng)量，稀釋上隅角的瓦斯。

這種通風(fēng)方式存在的隱患是：回收后的工作面空間架木垛支護(hù)，利用其空間進(jìn)行通風(fēng)保證工作面設(shè)備回收。由于頂板的垮落，使得通風(fēng)風(fēng)量很不穩(wěn)定，瓦斯隨風(fēng)流通過(guò)采空區(qū)從上隅角處涌出，很易造成瓦斯超限?；厥臻_(kāi)始后由于通風(fēng)系統(tǒng)被破壞，依靠局扇風(fēng)量，很難稀釋上隅角涌出的瓦斯、造成瓦斯超限。綜采面由于回收時(shí)需保證設(shè)備的運(yùn)輸，但空間狹窄，風(fēng)機(jī)、風(fēng)筒很難安裝，對(duì)安全造成很大隱患。回收時(shí)設(shè)備處于采空區(qū)下風(fēng)側(cè)，尤其是在上隅角處安裝一部絞車，從采空區(qū)涌出的瓦斯隨風(fēng)流帶入設(shè)備空間，造成瓦斯?jié)舛仍龈呱踔脸?，影響設(shè)備正常運(yùn)行。由于回收方向與風(fēng)流方向一致，作業(yè)人員始終在回收地點(diǎn)下風(fēng)側(cè)，人身安全難保。因此，利用上述通風(fēng)方式回收有其隱患。

3 下行通風(fēng)降低上隅角瓦斯?jié)舛鹊目尚蟹治?/h2>

解決上隅角瓦斯積聚、降低上隅角瓦斯涌出量是首要關(guān)鍵。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐分析，下行通風(fēng)可解決上隅角瓦斯問(wèn)題，且下隅角不會(huì)積聚瓦斯[1]，原因如下：

1）回采工作面上隅角瓦斯涌出量受采空區(qū)漏風(fēng)量影響，采空區(qū)漏風(fēng)量由工作面采空區(qū)兩端的壓差決定，而工作面采空區(qū)兩端壓差受工作面上、下隅角處的高差、溫差影響。下行通風(fēng)時(shí)，工作面下隅角為回風(fēng)側(cè)，溫度較高，與采空區(qū)溫差較小，可減少下隅角與采空區(qū)間的風(fēng)壓差；由于下行通風(fēng)時(shí)風(fēng)流方向與自然風(fēng)壓相反，采空區(qū)自下而上的自然風(fēng)壓也可抵消一些采空區(qū)漏風(fēng)風(fēng)壓，故工作面與采空區(qū)的總壓差小于上行通風(fēng)。因此下行通風(fēng)時(shí)采空區(qū)的漏風(fēng)量小于上行通風(fēng)，從采空區(qū)帶出的瓦斯小于上行通風(fēng)。瓦斯涌出量要低于上行通風(fēng)。故上隅角瓦斯積聚量減小。

2）下行通風(fēng)時(shí)，由于其風(fēng)流方向與瓦斯浮力方向始終相反，故風(fēng)與瓦斯之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度加大，兩者混合能力增強(qiáng)，瓦斯更易和空氣混合，更易于吹散和稀釋瓦斯，減少瓦斯積聚[2]。根據(jù)以上原因和實(shí)地考察，最終提出通風(fēng)系統(tǒng)調(diào)整為下行通風(fēng)解決瓦斯問(wèn)題。

4 使用下行通風(fēng)后的效果

1）工作面設(shè)備回收時(shí)調(diào)整為下行通風(fēng)后，上隅角及回風(fēng)流瓦斯?jié)舛纫恢北３?.2%～0.5%，實(shí)現(xiàn)安全回收。

2）下行通風(fēng)在設(shè)備回收取得成功后，又在幾個(gè)回采面試驗(yàn)，均取得了較好效果，工作面上隅角及回風(fēng)流瓦斯?jié)舛却蠓档?。根?jù)測(cè)定，上行通風(fēng)時(shí)上隅角瓦斯?jié)舛?.0%以上，下行通風(fēng)時(shí)最高0.49%～0.7%。從現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)看，下行通風(fēng)是解決回采工作面上隅角瓦斯超限的較有效的一種通風(fēng)方式。

5 下行通風(fēng)的優(yōu)點(diǎn)及存在的問(wèn)題

1）工作面設(shè)備回收采用下行通風(fēng)時(shí)，人員與設(shè)備均在進(jìn)風(fēng)側(cè)，避免了瓦斯積聚的隱患，減少了回風(fēng)隅角瓦斯積聚，已成西峪礦回采工作面設(shè)備回收的首選通風(fēng)方式。

2）下行通風(fēng)時(shí)處理上隅角瓦斯積聚在低瓦斯區(qū)效果明顯，但上隅角瓦斯?jié)舛雀邥r(shí)還需其他措施聯(lián)合使用。實(shí)踐表明，上隅角瓦斯?jié)舛茸罡咴?.5%～2%以下時(shí)，改為下行通風(fēng)可降至0.8%以下；上隅角瓦斯?jié)舛冗_(dá)到3%時(shí)改為下行通風(fēng)其濃度也在1.0%以上。

3）下行通風(fēng)時(shí)處理上隅角瓦斯積聚對(duì)綜采一次采全高工作面效果明顯，但對(duì)綜放工作面則由于后部溜子瓦斯不穩(wěn)定需謹(jǐn)慎使用。實(shí)踐表明，下行通風(fēng)對(duì)綜放工作面后部溜子空間瓦斯?jié)舛冉档筒幻黠@。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，上行通風(fēng)時(shí)工作面瓦斯涌出明顯變化界點(diǎn)在后15架，此后瓦斯?jié)舛容^前有明顯增大；而下行通風(fēng)瓦斯涌出明顯變化界點(diǎn)在后30架，此后瓦斯?jié)舛容^前有明顯增大。其原因是：①可能在下行通風(fēng)時(shí)通風(fēng)動(dòng)力減小或通風(fēng)不暢，引起漏風(fēng)帶寬度增加。據(jù)實(shí)測(cè)，下行通風(fēng)漏風(fēng)帶可由上行通風(fēng)的15 m增至20～30 m。②可能是后部溜子空間范圍內(nèi)通風(fēng)不暢、風(fēng)量較小，不足以帶走此處積聚的瓦斯。

4）下行通風(fēng)時(shí)處理有上覆采空區(qū)瓦斯涌出時(shí)有利于上行通風(fēng)，主要是因其風(fēng)流 方向與瓦斯浮力相反，下行風(fēng)流不會(huì)漏入采空區(qū)與積聚的瓦斯混合并帶出瓦斯。但在鄰近層有未解放層時(shí)由于其瓦斯大量涌入采空區(qū)，導(dǎo)致回風(fēng)隅角瓦斯增大，而與上行通風(fēng)相比變化不大。

5）下行通風(fēng)在本煤層煤壁涌出瓦斯較小、工作面瓦斯主要為采空區(qū)涌出時(shí)，效果明顯；但在煤壁涌出瓦斯較大時(shí)，效果則不明顯。

6）下行通風(fēng)時(shí)，按常規(guī)一般采用下行同向運(yùn)輸，機(jī)電設(shè)備布置在回風(fēng)流，加大了管理難度。本礦采用了下行逆向運(yùn)輸，利用進(jìn)風(fēng)巷運(yùn)輸，解決了這一隱患。

7）為便于工作面及時(shí)調(diào)整風(fēng)流方向，西峪礦在工作面掘進(jìn)期間，在進(jìn)風(fēng)、回風(fēng)巷各設(shè)聯(lián)絡(luò)巷并與采區(qū)回風(fēng)巷相通。

8）工作面配風(fēng)必須合理。當(dāng)工作面配風(fēng)較小、風(fēng)速較低時(shí)，易造成瓦斯積聚，尤其是綜放工作面后部溜子空間最為明顯；因此，必須加大工作面風(fēng)量。再者，下行通風(fēng)阻力大于上行通風(fēng)，配風(fēng)相對(duì)困難，調(diào)整通風(fēng)系統(tǒng)之前，必須結(jié)合采區(qū)通風(fēng)系統(tǒng)考慮。

9）下行通風(fēng)時(shí)采空區(qū)滯留瓦斯?jié)舛雀摺，F(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，上隅角處采空區(qū)瓦斯?jié)舛茸罡咴_(dá)9%；下行通風(fēng)時(shí)采空區(qū)漏風(fēng)不穩(wěn)定，可能引起采空區(qū)瓦斯經(jīng)常變化，必須加強(qiáng)采空區(qū)瓦斯管理、監(jiān)測(cè)。

10）加強(qiáng)上隅角管理。采空區(qū)回柱要放齊，否則易形成渦流，造成瓦斯積聚。放頂煤工作面必須加強(qiáng)放頂工作，機(jī)尾放頂煤效果不好，對(duì)漏風(fēng)帶寬度增加有明顯影響。生產(chǎn)過(guò)程中，要及時(shí)掌握工作面兩條順槽高差的變化情況。當(dāng)兩條順槽高差發(fā)生變化，引起下行通風(fēng)變?yōu)樯闲型L(fēng)時(shí)，要及時(shí)采取措施。實(shí)際工作中，下行通風(fēng)要與其他瓦斯治理措施結(jié)合使用。