不同通風系統(tǒng)設(shè)計對瓦斯治理效果研究

李 登

(山西焦煤集團有限責任公司屯蘭礦，山西 古交 030206)

引 言

影響礦井安全生產(chǎn)的因素很多，比如頂板、水、火、粉塵、瓦斯等，在眾多災(zāi)害中，瓦斯爆炸對礦井的危害最大，其爆炸產(chǎn)生的高溫高壓以及沖擊波對作業(yè)人員及礦井巷道和設(shè)備損毀極大，一直以來都制約著礦井的安全生產(chǎn)?，F(xiàn)階段，隨著采掘深度不斷增加，煤層中賦存瓦斯含量也逐漸增多，采掘振動作用使煤體瓦斯卸壓解吸呈游離態(tài)，游離瓦斯向采掘空間運移，導致工作面瓦斯?jié)舛仍黾樱罱K會造成瓦斯超限，釀成事故。目前一些學者針對瓦斯治理問題，研究出多種通過改變通風系統(tǒng)設(shè)計方法，而達到對治理瓦斯效果最大化[1-6]。本文通過對不同通風系統(tǒng)的設(shè)計來分析和研究通風系統(tǒng)對瓦斯治理的效果，從而對今后風排瓦斯治理技術(shù)提供一定的借鑒和指導。

1 礦井通風方式及系統(tǒng)設(shè)計

1.1 礦井通風方式

礦井通風方式主要有壓入式、抽出式兩種，且各有優(yōu)缺點，其中抽出式通風方式的主扇位于回風井，利用主扇提供的負壓抽出有毒有害氣體。抽出式通風主要是進風段風速小，風排瓦斯的速度快，且礦井風壓呈負壓狀態(tài)，當主扇停風時不引起采空區(qū)有毒有害氣體突然涌出方面比較有利。壓入式通風方式主扇位于進風井，利用主扇提供的正壓壓入新鮮空氣，排出污濁空氣，其礦井風壓呈正壓狀態(tài)，可減少井巷、采空區(qū)、礦巖裂隙中有毒有害氣體的析出量，不易造成大量瓦斯涌出現(xiàn)象，但在回風段風壓低，風排瓦斯速度慢。相比較兩種通風方式，抽出式對風排瓦斯更為有利，我國高瓦斯和突出礦井主要采用此種通風方式。

1.2 礦井通風系統(tǒng)設(shè)計

礦井通風系統(tǒng)布置主要以簡單合理為最終目的，整個礦井的布置方式應(yīng)趨向采用一井一面，此種方式對瓦斯的排放路線更為便捷。對于老舊礦井，礦井、采區(qū)、采掘面，三者之間應(yīng)由主干路進行聯(lián)結(jié)更為合理，這樣會縮短瓦斯的排放路徑，不宜采用多分支巷道進行聯(lián)結(jié)，且在設(shè)計中應(yīng)避免角聯(lián)巷道。

2 局部通風系統(tǒng)設(shè)計

2.1 U型通風

這種方式瓦斯超限只能靠加大風量來解決，處理瓦斯局限性大。采煤工作面涌出的瓦斯比空氣輕，其自然流動的方向和上行風的方向一致，在正常風速下，瓦斯風層流動和局部積存的可能性較小，而下行風的方向與瓦斯自然流向相反，二者易于混合且不易出現(xiàn)瓦斯分層流動和局部積存的現(xiàn)象，但工作面一旦起火，所產(chǎn)生的火風壓和下行風工作面的機械風壓作用方向相反，會使工作面風量減小，瓦斯?jié)舛仍黾?，故考慮安全因素，礦井大多采用上行通風。上行通風中，由于流體動力學原理，風流在上隅角處會形成渦流，導致瓦斯容易在此處積聚。若加大風量也會造成工作面通風負壓增大，采空區(qū)漏風加大，因此只適合瓦斯涌出量較小的工作面。U型通風，如圖1所示。

圖1 U型通風

2.2 U+L型通風

此種通風方式，將原“U”型通風系統(tǒng)回風巷改為進風巷，在其外側(cè)另布置一條巷道作回風巷，此時工作面上下風巷同時進風，漏風向工作面后方排瓦斯橫貫移動，最終將流經(jīng)區(qū)域內(nèi)的瓦斯排入回風巷內(nèi)。由于專用排瓦斯巷的增加，風流通過工作面后在上隅角處不會形成渦流現(xiàn)象，瓦斯在隅角處不會積聚，此通風方式可以解決上隅角瓦斯，且專用排瓦斯巷能將瓦斯排放濃度提高到2.5%，可以最大限度的提高瓦斯排放能力。高瓦斯和突出礦井中還可以利用專排巷施工抽采鉆孔或傾斜巷道，為瓦斯抽采系統(tǒng)設(shè)計上提供了更多的選擇，可設(shè)計多種方式同時進行抽采瓦斯，為解決瓦斯抽采問題提供了便捷，此種通風系統(tǒng)設(shè)計對瓦斯治理效果明顯。U+L型通風，如圖2所示。

圖2 U+L型通風

2.3 Y型通風

此種通風系統(tǒng)設(shè)計，采用兩進一回的采煤工作面通風系統(tǒng)。如圖3所示，Y型通風系統(tǒng)可以有多種不同的方式，生產(chǎn)實際中應(yīng)用較多的是在回風側(cè)加入附加的新鮮風流，與工作面回風匯合后從采空區(qū)側(cè)流出。這種布置方式，在風壓差的作用下，會促使漏風風流深入到采空區(qū)深部，從而將流經(jīng)區(qū)域的瓦斯帶到沿空留巷附近，從而使得工作面瓦斯?jié)舛冉档?。此種通風系統(tǒng)設(shè)計，不僅改變了采空區(qū)風流方向，而且改變了采空區(qū)瓦斯運移規(guī)律，風流不存在渦流現(xiàn)象，有效的杜絕了上隅角瓦斯積聚。但此種方式漏風率高時，回風巷后部瓦斯易超限，雖然解決了上隅角瓦斯積聚，但是增加了漏風率，從而導致回風巷瓦斯?jié)舛仍黾?，此種方式有利有弊。

2.4 U+I型通風

此種通風的設(shè)計方式為另加一條內(nèi)錯巷作為回風巷，其排瓦斯巷對采空區(qū)深部的瓦斯影響不大。

圖3 Y型通風

此種設(shè)計方式的缺點為當采空區(qū)頂板來壓時會造成排瓦斯巷或上隅角高濃度的瓦斯涌出,且“U+I”型通風方式下排瓦斯巷底板易發(fā)生塌透和割透現(xiàn)象,導致上隅角和后部三角區(qū)瓦斯?jié)舛瘸抻绊懮a(chǎn)。但此種通風系統(tǒng)設(shè)計方法，配合高抽巷可根本上解決鄰近層和上隅角瓦斯，瓦斯治理效果顯著。抽采能力和瓦斯排放能力很適宜煤層群開采的煤礦，此種通風系統(tǒng)布置方法可以便于鄰近層瓦斯抽采，對臨近層瓦斯治理效果顯著，而且根據(jù)相關(guān)礦井數(shù)據(jù)顯示，其抽采量可達200 m3/min以上。U+I型通風，如圖4所示。

圖4 U+I型通風

2.5 U+Ⅱ型通風

此種通風系統(tǒng)布置方式對單一特厚煤層工作面采長較大或產(chǎn)量較大時，抽采效果不好或不能抽采，采用兩條內(nèi)錯巷高低布置，比一條內(nèi)錯巷排放采空區(qū)瓦斯效果更好，可有效稀釋上隅角瓦斯超限，內(nèi)錯巷高低位置可根據(jù)內(nèi)錯巷控制瓦斯?jié)舛鹊拇笮『碗y易程度確定，層位越高瓦斯?jié)舛仍礁撸艚?jīng)濟許可，也可以利用大功率抽采泵低濃度抽采高位內(nèi)錯巷瓦斯，且此種設(shè)計方式對解決鄰近層和上隅角瓦斯，效果顯著，不會造成上隅角處瓦斯積聚現(xiàn)象，利用內(nèi)錯巷對臨近層瓦斯抽采，其效果明顯。U+Ⅱ型通風，如圖5所示。

3 結(jié)論

1) 通風系統(tǒng)的設(shè)計方式對瓦斯治理效果各有差異，在礦井生產(chǎn)中可根據(jù)不同瓦斯地質(zhì)情況，以及地質(zhì)狀況綜合考慮通風系統(tǒng)的設(shè)計方案。系統(tǒng)設(shè)計方案中，不僅要考慮風排瓦斯的效果，而且系統(tǒng)布置方式還要為今后瓦斯抽采提供便捷，使得風排瓦斯和瓦斯抽采均達到理想效果。

2) 本文所提通風系統(tǒng)設(shè)計方式，均在礦井實際中得到廣泛運用，并對瓦斯治理有著不同的治理效果，研究人員可根據(jù)具體情況，因地制宜設(shè)計符合實際情況的通風系統(tǒng)。