霍爾辛赫煤業(yè)Y型通風(fēng)治理瓦斯的可行性分析

景剛剛

（山西霍爾辛赫煤業(yè)有限責(zé)任公司，山西 長(zhǎng)治 046600）

煤炭工業(yè)的大采高大跨度工作面成為行業(yè)趨勢(shì)，但是高產(chǎn)高效工作面的瓦斯涌出量也隨之增大、受瓦斯超限問題影響。采用何種通風(fēng)方式，能夠有效降低回風(fēng)流瓦斯?jié)舛?、解決上隅角瓦斯超限問題，將是煤礦安全生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)。

1 采空區(qū)的瓦斯分布規(guī)律和移動(dòng)特征

1）表1是采用分源預(yù)測(cè)法間接算出的山西霍爾辛赫煤業(yè)礦井采空區(qū)瓦斯涌出比例情況，表中采空區(qū)瓦斯涌出量均占整個(gè)礦井總涌出量的30%以上（有時(shí)可達(dá)40%），增加了礦井通風(fēng)負(fù)擔(dān)和潛在安全隱患，必須深入了解采空區(qū)瓦斯的分布規(guī)律和移動(dòng)特征，采取可靠有效方法、保障井下作業(yè)安全。冒落帶。處于彎曲下沉帶內(nèi)的煤巖體并未完全破壞，僅僅呈現(xiàn)整體彎曲下沉，其瓦斯?jié)B入至采空區(qū)的量是很低的。裂隙帶煤巖體中的瓦斯在壓力作用下通過貫通裂隙進(jìn)入采空區(qū)，大量聚積在采空區(qū)頂板附近處于冒落帶的煤巖體由于垮落使瓦斯直接進(jìn)入采空區(qū)[1]。

3）采空區(qū)煤巖塊之間的空隙分為：采動(dòng)空隙和原有裂隙。采動(dòng)空隙一般間距較大，與工作面采高、冒落帶巖性、節(jié)理構(gòu)造等因素有關(guān)。原有裂隙只與煤巖性質(zhì)和原始地應(yīng)力有關(guān)，可視為均勻分布。盡管大量的采動(dòng)空隙與原有裂隙構(gòu)成了采空區(qū)內(nèi)很復(fù)雜的氣體流動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，但從宏觀來看，采動(dòng)空隙是瓦斯流動(dòng)的最主要通道，通常認(rèn)為采空區(qū)瓦斯在風(fēng)流作用下經(jīng)采動(dòng)裂隙涌入到工作面和回風(fēng)巷中，采空區(qū)內(nèi)瓦斯氣體的運(yùn)移主要表現(xiàn)為煤巖體內(nèi)的解吸、擴(kuò)散、滲透和在采動(dòng)空隙間的紊流[2]。

表1 采空區(qū)瓦斯涌出量占整個(gè)礦井瓦斯涌出量的比例 %

2）采空區(qū)主要由工作面少量遺煤、頂板垮落巖塊、受開采擾動(dòng)影響從本工作面四周煤巖體涌入到采空區(qū)的解吸瓦斯，以及煤巖塊之間的空隙組成。由于本煤層開采打破了原始地應(yīng)力的平衡，造成圍巖應(yīng)力重新分布，工作面四周煤巖體向采空區(qū)發(fā)生移動(dòng)變形，此時(shí)四周煤巖體經(jīng)卸壓后圍巖裂隙變大，透氣性顯著增加，解析瓦斯通過圍巖裂隙大量滲入到采空區(qū)，尤以上覆巖層瓦斯?jié)B入更為突出。上覆巖層經(jīng)卸壓后，從上往下依次形成彎曲下沉帶、裂隙帶、

2 單U型通風(fēng)工作面的采空區(qū)瓦斯涌出分析

單U形通風(fēng)中，新鮮風(fēng)流從進(jìn)風(fēng)巷進(jìn)入到采場(chǎng)，稀釋并帶走采場(chǎng)內(nèi)大部分粉塵和有毒氣體，污濁風(fēng)流經(jīng)回風(fēng)巷流入專用回風(fēng)大巷排出；但在實(shí)際通風(fēng)中，新鮮風(fēng)流由進(jìn)風(fēng)巷進(jìn)入采場(chǎng)時(shí)，不可避免地將有小部分風(fēng)流漏入采空區(qū)中，形成漏風(fēng)流（見圖1）；這股風(fēng)流會(huì)把采空區(qū)中的瓦斯經(jīng)采動(dòng)空隙從上隅角帶出，引起上隅角瓦斯超限，造成回風(fēng)巷中的瓦斯?jié)舛仍龃?，影響到工作面安全高效生產(chǎn)。

圖1 單U型通風(fēng)風(fēng)流方向

山西霍爾辛赫煤業(yè)采用這種通風(fēng)方式，目前開采煤層瓦斯含量較低，通風(fēng)量尚能滿足需求。根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，回風(fēng)流瓦斯?jié)舛茸罡咭堰_(dá)0.69%，隨著開采深度遞進(jìn)，瓦斯涌出量會(huì)增加，回風(fēng)流瓦斯?jié)舛缺厝怀蓿枰纳仆L(fēng)系統(tǒng)，增加風(fēng)量或抽采瓦斯。

3 雙U型通風(fēng)工作面的采空區(qū)瓦斯涌出分析

雙U型通風(fēng)是在原有單U型通風(fēng)基礎(chǔ)上再增加了一個(gè)U型通風(fēng)，兩個(gè)U型巷道之間用聯(lián)絡(luò)巷貫通，兩條巷道進(jìn)風(fēng)，兩條巷道回風(fēng)。整體通風(fēng)能力加強(qiáng)（見圖2），漏風(fēng)流在采空區(qū)形成分支，一股流入回風(fēng)巷，一股流入瓦排巷，有效降低了回風(fēng)流瓦斯?jié)舛?，上隅角瓦斯問題得到緩解，實(shí)現(xiàn)了對(duì)采空區(qū)瓦斯涌出和上隅角瓦斯超限的有效治理[3]。雖然雙U型通風(fēng)對(duì)采空區(qū)瓦斯涌出治理有一定效果，但是每回采一個(gè)工作面需要掘進(jìn)4條順槽，掘巷工程量大、工期長(zhǎng)，且兩條巷道之間需留設(shè)煤柱，造成煤炭資源損失。

圖2 雙U型通風(fēng)風(fēng)流方向

4 Y型通風(fēng)工作面的采空區(qū)瓦斯涌出分析

1）Y型通風(fēng)的采空區(qū)風(fēng)流特征：見圖3，主進(jìn)風(fēng)巷的進(jìn)風(fēng)流一些風(fēng)流通過回采工作面，稀釋本煤層瓦斯，并流入沿空回風(fēng)巷，另一些風(fēng)流經(jīng)采空區(qū)空隙有序地向沿空回風(fēng)巷漏風(fēng)，使采空區(qū)瓦斯直接進(jìn)入沿空回風(fēng)巷。副進(jìn)風(fēng)巷進(jìn)風(fēng)流的作用主要是為驅(qū)散工作面上隅角瓦斯，并有稀釋沿空回風(fēng)巷瓦斯?jié)舛鹊淖饔?，避免了像U型通風(fēng)方式那樣采空區(qū)瓦斯集中涌向工作面上隅角。

圖3 Y型通風(fēng)風(fēng)流方向

2）Y型通風(fēng)的適用性分析：根據(jù)Y型通風(fēng)主、副進(jìn)風(fēng)巷的作用，推導(dǎo)出其配風(fēng)量算式[4]：

式中：Qz為主進(jìn)風(fēng)巷配風(fēng)量，m3/min；Qf為副進(jìn)風(fēng)巷配風(fēng)量，m3/min；Qh為總配風(fēng)量，m3/min；Qc為工作面絕對(duì)瓦斯涌出量，m3/min；K1為瓦斯涌出不均衡系數(shù)，一般取1.2～2.1；K2為采空區(qū)漏風(fēng)率，一般取10%～30%；K3為通風(fēng)方式系數(shù)，反映采空區(qū)瓦斯涌向工作面的百分率，Y型通風(fēng)K3=0.2，U型通風(fēng)方式為1；a為煤壁及落煤涌出比率，一般取60%～40%；b為采空區(qū)瓦斯涌出比率，一般取40%～60%；C1為回采面瓦斯允許濃度，%；C2為沿空回風(fēng)巷瓦斯允許濃度，% ，以上各參數(shù)在有實(shí)測(cè)值情況下均取實(shí)測(cè)值。由式（2）看出：①只有b值較大，采空區(qū)瓦斯涌出比率較高時(shí)才有意義，否則副進(jìn)風(fēng)巷配風(fēng)量就為負(fù)值，這顯然是不合適的。從通風(fēng)角度講，采空區(qū)瓦斯涌出很小時(shí)，采用Y型通風(fēng)沒有必要，U型通風(fēng)就能滿足需求。②沿空回風(fēng)巷允許瓦斯?jié)舛扰c回采面相同時(shí)，C2-C1=0；Y型通風(fēng)方式的主要作用是避免回采面上隅角瓦斯積聚超限。當(dāng)C2-C1＞0，沿空回風(fēng)巷允許瓦斯?jié)舛雀哂诨夭擅鏁r(shí)，將沿空回風(fēng)巷視為專用排瓦斯巷，才能真正提高Y型方式的通風(fēng)能力和稀釋排除瓦斯的能力。因此，采用Y型通風(fēng)方式（相較于U型通風(fēng)或雙U型通風(fēng)），巷道掘進(jìn)量少，有利于提高資源回收率和綜合經(jīng)濟(jì)效益[5]；不足之處在于沿空回風(fēng)巷維護(hù)較困難。

5 結(jié)論

分析了單U型通風(fēng)、雙U型通風(fēng)、Y型通風(fēng)的采空區(qū)風(fēng)流特征。當(dāng)采空區(qū)瓦斯涌出量低時(shí)，采用單U型通風(fēng)更合理。當(dāng)采空區(qū)瓦斯涌出量較大時(shí)，采用U型通風(fēng)容易造成回風(fēng)流瓦斯超限、嚴(yán)重影響礦井安全生產(chǎn)，此時(shí)采用雙U型通風(fēng)或Y型通風(fēng)更合理。雙U型通風(fēng)可有效降低回風(fēng)流瓦斯?jié)舛?，緩解上隅角瓦斯超限問題，但巷道掘進(jìn)工程量大，浪費(fèi)人力、物力和財(cái)力。Y型通風(fēng)可從根本上完全消除工作面上隅角瓦斯超限威脅，在較低通風(fēng)量時(shí)亦能保障礦井安全生產(chǎn)。隨著礦井開采深度增加，潞安集團(tuán)大多礦井都會(huì)面臨瓦斯治理問題，嘗試采用Y型通風(fēng)解決采空區(qū)瓦斯涌出問題，值得參考。

[1]盛燕宇.論采空區(qū)瓦斯分布規(guī)律及瓦斯抽采方法的研究[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2012（10）:5.

[2]林柏泉，周世寧，張仁貴.U型通風(fēng)工作面采空區(qū)上隅角瓦斯治理技術(shù)[J].煤炭學(xué)報(bào)，1997（10）:509-513.

[3]吳玉國，鄔建明，王俊峰,等.雙U型通風(fēng)系統(tǒng)綜放開采采空區(qū)瓦斯分布規(guī)律[J].煤炭學(xué)報(bào)，2011（10）:1704-1708.

[4]吳世躍，郭勇義.Y型通風(fēng)方式治理高產(chǎn)綜采面瓦斯的研究[J].西安科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2001（9）:205-207.

[5]楊曉紅，馬步才，樊少武.沿空留巷Y型通風(fēng)瓦斯治理效果分析[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，2011（7）:46-48.