車寨礦井采煤工作面通風(fēng)方式的比選和確定

劉建兵

（山西晉城煤業(yè)集團(tuán) 古書院礦，山西 晉城048000）

車寨礦井位于山西省沁水煤田晉城國家規(guī)劃礦區(qū)，由原賈寨井田和原車山井田整合而成，井田面積22.50km2，開采3號煤層，煤層厚度4.86～6.46m，平均5.81m，煤炭資源儲量190.94Mt，可采儲量75.38Mt。礦井設(shè)計生產(chǎn)能力1.50Mt／a，采用放頂煤一次采全高采煤方法，屬高瓦斯礦井，煤塵沒有爆炸危險性，煤層不易自燃。礦井初期布置主立井、副立井、回風(fēng)立井共3個井筒，中央并列式通風(fēng)。

1 工作面通風(fēng)方式應(yīng)滿足以下要求

1）采煤工作面要有足夠的風(fēng)量，能夠滿足放頂煤一次采全高采煤方法的需要。

2）通風(fēng)方式能有效控制工作面風(fēng)流方向，使工作面漏風(fēng)少，風(fēng)流穩(wěn)定性高。

3）能有效解決采煤工作面上隅角瓦斯積聚問題。

4）有利于采煤工作面瓦斯抽采工作的進(jìn)行。

5）有利于處理和控制采煤工作面發(fā)生的事故。

2 工作面通風(fēng)方式的提出

車寨礦井3號煤層厚度4.86～6.46m，平均5.81m，賦存平緩穩(wěn)定，儲量豐富，煤質(zhì)優(yōu)良。礦井水文地質(zhì)條件中等，煤層不易自燃，煤層中甲烷含量為1.30～7.18ml／g，平均為4.55ml／g（干燥無灰基），預(yù)測3號煤層瓦斯含量為6.18～10.20m3／t，屬高瓦斯礦井，采用放頂煤一次采全高的采煤方法，提出“U＋L型”、“雙U型”、“Y型”三種通風(fēng)方式〔1〕。

2.1 “U＋L型”通風(fēng)方式

“U＋L型”通風(fēng)方式是由一條進(jìn)風(fēng)巷、一條回風(fēng)巷和一條專用排瓦斯尾巷組成，尾巷與回風(fēng)巷之間每隔100m施工一橫川并予以封閉。隨著工作面的推進(jìn)，將滯后于工作面的橫川依次打開，使采空區(qū)和上隅角高濃度瓦斯在采空區(qū)漏風(fēng)風(fēng)流帶動下通過橫川排到專用排瓦斯尾巷。由于橫川與專用排瓦斯尾巷呈“L型”，并與“U型”通風(fēng)系統(tǒng)配合使用，稱為“U＋L型”通風(fēng)方式〔2〕（見圖1）。

圖1 “U＋L型”通風(fēng)方式

2.2 “雙U型”通風(fēng)方式

“雙U型”通風(fēng)方式即在工作面正常“U”型通風(fēng)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，在外側(cè)增加一組順槽巷道環(huán)繞工作面的布置形式。工作面回風(fēng)側(cè)布置一條回風(fēng)巷、一條軌道巷兼回風(fēng)巷，進(jìn)風(fēng)側(cè)布置一條工作面運(yùn)輸巷和進(jìn)風(fēng)巷，同時在工作面開切眼后方20m處布置一條通風(fēng)巷兼支架安裝巷，形成兩個相對獨(dú)立的“一進(jìn)一回”通風(fēng)系統(tǒng)，即“雙U型”通風(fēng)系統(tǒng)。待首采工作面回采完畢，保留首采工作面回風(fēng)巷，并將上工作面進(jìn)風(fēng)巷改造為下一工作面的軌道巷兼回風(fēng)巷。下一工作面進(jìn)風(fēng)側(cè)巷道及開切眼、通風(fēng)兼支架安裝巷同首采工作面，形成“大U套小U”的通風(fēng)模式（見圖2）。

圖2 “雙U型”通風(fēng)方式

2.3 “Y型”通風(fēng)方式

根據(jù)淮南和沙曲礦井應(yīng)用情況“Y型”通風(fēng)系統(tǒng)可分為沿空留巷“Y型”通風(fēng)系統(tǒng)和底板回風(fēng)巷“Y型”通風(fēng)系統(tǒng)。根據(jù)本礦下組煤層的賦存情況，由于底板回風(fēng)巷“Y型”通風(fēng)系統(tǒng)存在巖石工程量大、投資高的問題，所以選擇沿空留巷“Y型”通風(fēng)系統(tǒng)〔3〕。具體布置為：首采工作面布置兩條順槽，一條為運(yùn)輸順槽，另一條為軌道順槽，均為進(jìn)風(fēng)巷，同時布置下一個工作面的運(yùn)輸順槽及開切眼。首采工作面回采時將首采工作面軌道順槽沿空留設(shè)，作為下一個工作面的軌道順槽使用，回采工作面兩條順槽進(jìn)風(fēng)，乏風(fēng)經(jīng)軌道順槽沿空留設(shè)部分到下一個工作面順槽，形成工作面“Y型”通風(fēng)系統(tǒng)（見圖3）。

圖3 “Y型”通風(fēng)方式

3 各種通風(fēng)方式的比較

3.1 “U＋L型”通風(fēng)方式

優(yōu)點(diǎn)：

（1）風(fēng)流自進(jìn)風(fēng)巷流入采空區(qū)，然后攜帶瓦斯進(jìn)入回風(fēng)巷和專用排瓦斯巷，這樣可減少工作面回風(fēng)流中瓦斯含量，同時可避免上隅角瓦斯超限。

（2）工作面切眼以里的回風(fēng)橫川為采空區(qū)瓦斯提供了出路，采空區(qū)高濃度瓦斯從回風(fēng)橫川流入專用排瓦斯尾巷。另外起效時間早，橫川進(jìn)入切頂線后即可發(fā)揮作用。

（3）排瓦斯尾巷在不作回風(fēng)用時，可在巷內(nèi)施工鉆孔，鋪設(shè)抽放瓦斯管路，進(jìn)行瓦斯抽放。

缺點(diǎn)：

（1）隨著工作面的回采，切頂線后的回風(fēng)橫川距離工作面的距離會越來越遠(yuǎn)。當(dāng)工作面頂板垮落后，通風(fēng)阻力加大，通過回風(fēng)橫川的風(fēng)量會逐漸減小，帶走的瓦斯也在減少，上隅角又會出現(xiàn)超限現(xiàn)象，必須及時開啟新的橫川進(jìn)行接替，造成橫川之間距離必須保持在50m左右。

（2）當(dāng)使用尾巷作為專用排瓦斯巷時，如果回風(fēng)橫川以里段不使用局部通風(fēng)機(jī)通風(fēng)，就會有盲巷出現(xiàn)，一旦管理不到位，會有高濃度瓦斯積聚，存在很大的安全隱患。

3.2 “雙U型”通風(fēng)方式

優(yōu)點(diǎn)：

（1）用雙巷進(jìn)風(fēng)，雙巷回風(fēng)，同時還利用第一切眼通過全負(fù)壓給尾巷配風(fēng)，通過增加瓦斯尾巷的配風(fēng)量，提高風(fēng)速，有效稀釋了尾巷內(nèi)瓦斯?jié)舛?，提高了工作面的抗?zāi)能力，工作面安全性較好。

（2）工作面瓦斯抽采和采空區(qū)瓦斯抽采位于不同的兩個工作面巷道內(nèi)，相互間和輔助運(yùn)輸無影響。

（3）改善了工作面環(huán)境，工作面過風(fēng)量減少，風(fēng)速減低，減少了工作面的煤塵飛揚(yáng)，同時瓦斯和粉塵都通過上隅角經(jīng)橫川進(jìn)入第二個“U”形進(jìn)風(fēng)巷，順風(fēng)流流向回風(fēng)巷，從而改善了整個工作面及兩巷的生產(chǎn)環(huán)境。

（4）由于工作面順槽需要雙巷布置，所以相對沿空留巷“Y型”通風(fēng)方式，采用“雙U型”通風(fēng)，巷道維護(hù)工程量較小。

缺點(diǎn)：

（1）工作面巷道布置較為復(fù)雜，巷道工程量大，投資高。

（2）工作面間煤柱大，采區(qū)采出率較低。

3.3 “Y型”通風(fēng)方式

優(yōu)點(diǎn)：

（1）配給工作面的風(fēng)流分為兩部分，大部分由工作面運(yùn)輸巷進(jìn)入工作面，小部分由工作面軌道巷進(jìn)入工作面上隅角，兩風(fēng)流在工作面上隅角匯合稀釋瓦斯后進(jìn)入下一工作面順槽巷道，加上由于工作面最低風(fēng)壓點(diǎn)位于沿空回風(fēng)巷末端，從面消除了上隅角瓦斯積聚現(xiàn)象，對瓦斯管理和安全生產(chǎn)極為有利。

（2）工作面巷道布置簡單，回采巷道工程量小，投資省。

（3）沿空段回風(fēng)巷可供相鄰工作面復(fù)用，基本實現(xiàn)了無煤柱開采，降低了掘進(jìn)率，提高了采區(qū)采出率。

（4）對于綜采工作面，運(yùn)輸巷和軌道巷均是新鮮風(fēng)流，有利于兩巷機(jī)電設(shè)備管理。

缺點(diǎn)：

（1）沿空留巷技術(shù)難度較大，增加了巷道維護(hù)成本。（2）接替工作面瓦斯抽采和工作面運(yùn)輸設(shè)備處于同一個工作面巷道，相互影響較大。

4 回采工作面通風(fēng)方式的確定

“U＋L型”通風(fēng)方式是將工作面瓦斯從回風(fēng)巷和專用排瓦斯尾巷兩個方向排出，根據(jù)經(jīng)驗，從回風(fēng)巷排出的瓦斯量可達(dá)5～6m3／min，從尾巷排出的瓦斯量可達(dá)7～8 m3／min，對于開采厚煤層或復(fù)合煤層，并且難以實施井下瓦斯抽采措施時非常適宜，但從安全角度考慮，為了避免專用排瓦斯尾巷，通風(fēng)橫川以里段盲巷出現(xiàn)高濃度瓦斯積聚的嚴(yán)重隱患，決定舍棄這種通風(fēng)方式。

“Y型”通風(fēng)方式雖然符合車寨礦井3號煤層無自燃發(fā)火危險，并且是高瓦斯礦井的要求，但由于車寨礦井的采煤方法是放頂煤一次采全高，“Y型”通風(fēng)方式所要求的沿空留巷在采高大于1.6m后，護(hù)巷效果很差，并且成本很高，所以也舍棄了這種通風(fēng)方式。

“雙U型”通風(fēng)方式通風(fēng)能力大，處理瓦斯能力強(qiáng)，能消除上隅角風(fēng)流的渦流狀態(tài)，并且能使工作面上隅角和回風(fēng)巷尾部聯(lián)絡(luò)巷及兩條回風(fēng)巷瓦斯?jié)舛仁冀K處于受控狀態(tài)，且有較大的富余系數(shù)。雖然存在工作面巷道布置較為復(fù)雜，巷道工程量大，投資高和工作面間煤柱大，采區(qū)采出率較低的缺點(diǎn)，但從安全和經(jīng)濟(jì)方面考慮，參考省內(nèi)類似礦井的生產(chǎn)經(jīng)驗，結(jié)合本礦的實際條件，車寨礦井采煤工作面最終選定“雙U型”通風(fēng)方式。

5 采用“雙U型”通風(fēng)方式的特點(diǎn)

車寨礦井3號厚煤層綜放工作面，采用“雙U型”通風(fēng)方式取得了較好的通風(fēng)效果。

1）車寨礦為高瓦斯礦井，同時綜采工作面采用放頂煤開采，工作面回采期間瓦斯涌出量大，尤其是采空區(qū)的瓦斯大量涌出，容易造成上隅角和回風(fēng)巷瓦斯超限等問題。通過采用“雙U型”通風(fēng)方式，可使采空區(qū)大部分瓦斯隨漏風(fēng)經(jīng)尾部聯(lián)絡(luò)巷排入回風(fēng)巷，有效地解決了上隅角和采空區(qū)瓦斯積聚等問題。

2）采用“雙U型”通風(fēng)方式為采空區(qū)瓦斯抽放打好了基礎(chǔ)?！半pU型”巷道布置為采空區(qū)埋管抽放、尾巷抽放以及頂板傾向鉆孔瓦斯抽放等抽放方式提供了便利條件。

3）采用“雙U型”通風(fēng)方式，工作面、上隅角、回風(fēng)巷、聯(lián)絡(luò)巷等處的瓦斯始終處于受控狀態(tài)，且有較大的富裕系數(shù)，有效地保證了工作面安全生產(chǎn)。

6 結(jié)語

采煤工作面因通風(fēng)巷道的數(shù)目，位置、風(fēng)流方向、漏風(fēng)方式的改變會派生出多種類型的通風(fēng)方式，但每種通風(fēng)方式都有其優(yōu)缺點(diǎn)，必須根據(jù)回采煤層的地質(zhì)賦存狀況，煤層特征、開采條件、開采技術(shù)、瓦斯含量、煤與瓦斯突出危險程度、煤的自燃傾向性等因素綜合考慮，并給合安全管理、經(jīng)濟(jì)效益和技術(shù)可行等方面進(jìn)行比選，最終確定相應(yīng)的通風(fēng)方式及回采工作面巷道布置，這對改善回采工作面的安全生產(chǎn)環(huán)境具有非常重要的意義。

〔1〕林柏泉.礦井瓦斯防治理論與技術(shù)〔M〕.徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2010.

〔2〕賈寶財，劉振宇.U型通風(fēng)方式采煤工作面上隅角瓦斯處理方法〔J〕.煤炭技術(shù)，2008，27（5）：88－89.

〔3〕何 磊，楊勝強(qiáng)，孫 祺，等.Y型通風(fēng)下采空區(qū)瓦斯運(yùn)移規(guī)律及治理研究〔J〕.中國安全生產(chǎn)科學(xué)技術(shù)，2011，7（2）：50－54.