并列雙U型通風(fēng)方式在高瓦斯礦井綜采工作面瓦斯治理中的應(yīng)用

苗惠東

（晉城煤業(yè)集團(tuán)寺河礦，山西省晉城市，048019）

并列雙U型通風(fēng)方式在高瓦斯礦井綜采工作面瓦斯治理中的應(yīng)用

苗惠東

（晉城煤業(yè)集團(tuán)寺河礦，山西省晉城市，048019）

針對寺河礦二號井15＃煤層本煤層瓦斯含量大、上覆采空區(qū)及鄰近層瓦斯涌出量大的實際問題，在瓦斯抽放的基礎(chǔ)上，提出了一種新型的并列雙U型通風(fēng)方式，并對該通風(fēng)方式的構(gòu)成、特點、關(guān)鍵技術(shù)及其與大U套小U型通風(fēng)方式的區(qū)別進(jìn)行了論述。通過在XV1301工作面的瓦斯治理實踐表明，并列雙U型通風(fēng)方式通風(fēng)能力大、瓦斯處理能力強(qiáng)，可消除上隅角風(fēng)流渦流狀態(tài)，不易積聚瓦斯；工作面上隅角、回風(fēng)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)，保證了工作面的高效安全生產(chǎn)。

并列雙U型通風(fēng)方式 瓦斯治理 瓦斯抽放

寺河礦二號井隸屬于晉城煤業(yè)集團(tuán)，與寺河礦屬于一個采礦證、兩個生產(chǎn)井，主要開采9＃和15＃煤層，礦井相對瓦斯涌出量為15 m3/t，絕對瓦斯涌出量為63 m3/min，為高瓦斯礦井。XV1301綜采工作面位于15＃煤層一盤區(qū)，是15＃煤層的首采工作面，上覆9＃和3＃煤層均已采空，煤層間距分別為30 m和80 m左右。15＃煤層瓦斯含量平均為10.14 m3/t，煤層瓦斯含量大，加之上覆采空區(qū)及鄰近層瓦斯涌出影響，雖然采取了瓦斯抽放措施，但煤炭采掘最終須通過通風(fēng)工作稀釋并排出有毒有害氣體、提供適宜的工作環(huán)境才能安全進(jìn)行，選擇合理的通風(fēng)方式和配風(fēng)量是高效治理瓦斯的關(guān)鍵。因此，在XV1301工作面布置時選用了并列雙U型通風(fēng)方式、綜合機(jī)械化跨巷回采工藝。

1 并列雙U型通風(fēng)方式原理

并列雙U型通風(fēng)方式是在工作面布置5條巷道，其中3條進(jìn)風(fēng)巷，2條回風(fēng)巷，具體布置如圖1所示。XV13013巷為工作面主進(jìn)風(fēng)巷，亦為工作面主運輸巷；XV13011巷為工作面輔助進(jìn)風(fēng)巷，兩巷間每400 m有聯(lián)絡(luò)巷溝通；XV13012巷為工作面主回風(fēng)巷并擔(dān)負(fù)工作面的輔助運輸任務(wù)，XV1014巷為工作面輔助回風(fēng)巷，兩巷貫穿整個工作面并在停采線附近通過聯(lián)絡(luò)巷將風(fēng)流混合，一并匯入盤區(qū)總回風(fēng)巷，XV13012巷與XV13014巷之間每隔50～75 m有聯(lián)絡(luò)巷溝通，并在聯(lián)絡(luò)巷內(nèi)建有調(diào)風(fēng)設(shè)施控制風(fēng)量；XV13015巷為工作面的另一條進(jìn)風(fēng)巷，位于工作面的回風(fēng)側(cè)。XV13013巷和XV13011巷兩條進(jìn)風(fēng)巷風(fēng)量到工作面機(jī)頭后，大部分清洗工作面后至工作面機(jī)尾并進(jìn)入XV13012回風(fēng)巷，另一小部分漏入采空區(qū)并通過尾部聯(lián)絡(luò)巷進(jìn)入XV13014巷和工作面機(jī)尾處，XV13015巷配風(fēng)對XV13014巷瓦斯進(jìn)行稀釋排放。XV13013巷和XV13011巷兩條進(jìn)風(fēng)巷與工作面、XV13012巷形成U型通風(fēng)系統(tǒng)，主要稀釋工作面落煤瓦斯和上隅角瓦斯；XV13015巷與XV13014巷形成另外一個與前一個U型通風(fēng)系統(tǒng)并列的U型通風(fēng)系統(tǒng)，主要稀釋尾部聯(lián)絡(luò)巷涌出的瓦斯，這就形成了工作面并列雙U型通風(fēng)方式。其治理上隅角瓦斯的主要原理是改變上隅角風(fēng)流渦流流場狀態(tài)，消除上隅角積聚瓦斯的客觀條件，并進(jìn)行合理配風(fēng)。

圖1 XV1301綜采工作面的通風(fēng)系統(tǒng)示意圖

2 并列雙U型通風(fēng)方式與大U套小U型通風(fēng)方式的比較

并列雙U型通風(fēng)方式與大U套小U通風(fēng)方式相比，大U套小U的“大U”隨著采空區(qū)的加大，其繞采空區(qū)的線路增長，經(jīng)過的采空密閉墻也增多，通風(fēng)負(fù)壓作用的采空面積也變大，這就會把采空瓦斯帶入“大U”中的回風(fēng)巷，如密閉不嚴(yán)密、煤柱壓疏漏風(fēng)，則會造成瓦斯超限，增加風(fēng)量會帶出更大瓦斯量，“大U”失去效用；而并列雙U型通風(fēng)方式中相當(dāng)于“大U”的“U”線路不經(jīng)過采空區(qū)，或者說經(jīng)過的通風(fēng)負(fù)壓作用的采空區(qū)面積小，且可任意增大風(fēng)量，并有抑制采空區(qū)瓦斯涌出的作用，因此其處理瓦斯能力大。雖說并列雙U型通風(fēng)方式比大U套小U通風(fēng)方式多施工一條巷道，但均可為下一工作面復(fù)用，而且不用留設(shè)工作面切眼與通風(fēng)巷之間的煤柱。另外，從管理上講并列雙U型通風(fēng)方式中的“U”比“大U”更易于風(fēng)量調(diào)配和密閉施工。

3 并列雙U型通風(fēng)方式的關(guān)鍵技術(shù)——尾部聯(lián)絡(luò)巷設(shè)置

采用并列雙U型通風(fēng)方式治理瓦斯關(guān)鍵技術(shù)是尾部聯(lián)絡(luò)巷的設(shè)置，它是改變上隅角風(fēng)流流場的關(guān)鍵工程。

3.1 巷道間距的合理確定

巷道間距太大容易把采空區(qū)深部高濃度瓦斯帶出，造成超限事故，間距太小則工程量大，效率低。在XV1301工作面經(jīng)過試驗選擇，間距控制在75 m左右較為合理。

3.2 巷道通風(fēng)暢通

必須保證尾部聯(lián)絡(luò)巷到工作面通風(fēng)暢通，即在回風(fēng)采空區(qū)煤柱側(cè)沿煤柱間隔4～6 m施工木垛以保證上隅角到尾部聯(lián)絡(luò)巷通風(fēng)暢通。在XV1301工作面試驗中，保證尾部聯(lián)絡(luò)巷風(fēng)量至少在400 m3/min左右；如遇條件不允許無法施工木垛或通風(fēng)不暢時，則要在XV13012巷增加調(diào)風(fēng)設(shè)施增阻以保證尾部聯(lián)絡(luò)巷過風(fēng)量，如圖2所示。

圖2 尾部聯(lián)絡(luò)巷通風(fēng)系統(tǒng)示意圖

3.3 漏風(fēng)嚴(yán)格控制

嚴(yán)格控制機(jī)頭處向采空區(qū)的漏風(fēng)量。從機(jī)頭處漏入采空區(qū)的風(fēng)量越多，則從采空帶出的瓦斯越多，越不易治理。理想的狀態(tài)是漏入采空區(qū)的風(fēng)量盡量沿液壓支架尾梁前行，到機(jī)尾的十幾個架處再分開，一部分回上隅角，一部分到尾部聯(lián)絡(luò)巷，這樣上隅角渦流場移入采空區(qū)，流入尾部聯(lián)絡(luò)巷的風(fēng)流也抑制了采空區(qū)深部瓦斯涌出。但實際上很難做到理想狀態(tài)，因此只有嚴(yán)格地在機(jī)頭處的十幾架支架上掛風(fēng)障控制漏風(fēng)量，使漏風(fēng)量合理并盡量減少漏風(fēng)流經(jīng)采空的面積，如圖3所示。

圖3 采空區(qū)漏風(fēng)的風(fēng)流流場示意圖

4 “并列雙U”型通風(fēng)方式下抽放治理瓦斯

15＃煤層到9＃煤層之間有11＃煤層，約厚400 mm，以及13＃、14＃煤線，3＃煤層到9＃煤層間距50 m，之間有5層煤，總厚度平均在2～2.5 m；因此XV1301綜采工作面瓦斯涌出除了本煤層瓦斯外，上覆煤層及3＃煤、9＃煤層采空區(qū)的瓦斯在礦井通風(fēng)負(fù)壓作用下也逐步向工作面運移，造成工作面瓦斯涌出量增大。在XV1301綜采工作面采用了多種形式的抽放來抑制或降低瓦斯涌出量，減少風(fēng)排壓力，保障安全生產(chǎn)。

4.1 9＃煤層采空區(qū)瓦斯抽放

XV1301綜采工作面位于9＃煤層三盤區(qū)之下，工作面走向垂直于9＃煤層的8個采煤工作面采空區(qū)，隨著工作面的推進(jìn)，工作面采空區(qū)自然垮落必然溝通9＃煤層采空區(qū)，9＃煤層采空區(qū)及其上鄰近層及3＃煤層采空區(qū)瓦斯會在礦井通風(fēng)負(fù)壓作用下大量涌入到XV1301采空區(qū)，加大了瓦斯治理難度；為了防止或減少這部分瓦斯涌入工作面，利用在9＃煤層三盤區(qū)回風(fēng)巷鋪設(shè)的抽放管路加大9＃煤層采空區(qū)瓦斯抽放力度，并且對抽放量進(jìn)行調(diào)節(jié)，即XV1301工作面推進(jìn)到對應(yīng)的9＃煤層工作面采空區(qū)，則加大該工作面采空區(qū)瓦斯抽放量，并降低其它采空區(qū)的抽放量，也就是要保證工作面對應(yīng)的上覆采空區(qū)抽放量最大。采用這種抽放形式，9＃煤層三盤區(qū)采空區(qū)瓦斯抽放濃度在37%～44%，純量一直保持在13 m3/min以上，很好地抑制了上覆煤層及3＃煤層、9＃煤層采空區(qū)的瓦斯涌入工作面。

4.2 本煤層瓦斯抽放

在工作面XV13012巷施工本煤層鉆孔，鉆孔直徑95 mm，鉆孔長度100～130 m，鉆孔間距5～8 m。本煤層抽放試驗共施工180個鉆孔，覆蓋工作面走向長1000 m左右，將其接入抽放系統(tǒng)，在孔口負(fù)壓達(dá)到15～20 kPa情況下，總的瓦斯抽放濃度為2.5%～6%，純量最大為2 m3/min左右，經(jīng)過測算煤層瓦斯經(jīng)過10個月的抽放后，抽放率不到16%，本煤層抽放效果不明顯。

4.3 本煤層采空區(qū)抽放和上鄰近層瓦斯抽放

本煤層采空區(qū)采用已封閉的尾部聯(lián)絡(luò)巷埋管接入抽放系統(tǒng)進(jìn)行抽放，采用這種方式初采期間抽放效果不大，但隨著工作面推進(jìn)，采空區(qū)面積增大，抽放采空區(qū)深部瓦斯時本應(yīng)取得良好效果，但實際抽放效果并不理想，抽放濃度多數(shù)在1%以下，抽放量不足1 m3。分析原因主要是由于采用一次采全高，采空區(qū)內(nèi)丟煤很少，采空區(qū)圍巖瓦斯涌出量有限，上覆鄰近層瓦斯由于受9＃煤層抽放系統(tǒng)抽放負(fù)壓制約，涌入采空區(qū)的瓦斯量也很少，使采空區(qū)難以積聚高濃度瓦斯，也就必然導(dǎo)致抽放效果不理想。為了對上鄰近層抽放，選擇在XV13014輔助回風(fēng)巷內(nèi)巷工作面施工傾向鉆孔進(jìn)行瓦斯抽放試驗，即提前在尾部聯(lián)絡(luò)巷內(nèi)施工5～8個扇形鉆孔，孔長60 m，孔徑113 mm，終孔間距設(shè)計為10 m左右，終孔位置距本煤層頂板垂距為18 m，待工作面回采過去后，聯(lián)通抽放系統(tǒng)進(jìn)行抽放，但由于15＃煤層在頂板跨落后上覆巖層淋水較多，抽放鉆孔抽出的基本全是水，瓦斯抽放幾乎沒有效果。

5 并列雙U型通風(fēng)方式在XV1301工作面應(yīng)用及效果檢驗

XV1301工作面實際配風(fēng)量介于2527～2713 m3/min之間，其中XV13013巷和XV13011巷兩條進(jìn)風(fēng)巷進(jìn)風(fēng)量在2100 m3/min左右，其中1500 m3/min風(fēng)量經(jīng)工作面進(jìn)入回風(fēng)巷XV13012巷，其余600 m3/min風(fēng)量通過架間縫隙漏入支架后側(cè)及采空區(qū)，這部分漏入采空區(qū)的風(fēng)量約200 m3/min順著支架尾梁后側(cè)間隙到達(dá)工作面上隅角并進(jìn)入XV13012回風(fēng)巷，另外約400 m3/min風(fēng)量進(jìn)入尾部聯(lián)絡(luò)巷并排入XV13014巷，并經(jīng)由XV13015巷的460 m3/min新鮮風(fēng)進(jìn)行稀釋，進(jìn)入盤區(qū)總回風(fēng)巷。

圖4 工作面上隅角、回風(fēng)及回風(fēng)尾部聯(lián)絡(luò)巷瓦斯?jié)舛惹€圖

XV1301綜采工作面應(yīng)用并列雙U型通風(fēng)方式治理上隅角瓦斯取得了良好的效果。工作面上隅角瓦斯?jié)舛群突仫L(fēng)的瓦斯?jié)舛然疽恢?，維持在0.35%～0.65%之間，工作面風(fēng)排瓦斯量的增減對上隅角瓦斯?jié)舛茸兓绊懖⒉伙@著，上隅角和回風(fēng)流中的瓦斯始終處于受控狀態(tài)，尾部聯(lián)絡(luò)巷瓦斯?jié)舛然旧喜怀^1%，經(jīng)稀釋后XV13014巷的瓦斯?jié)舛然究刂圃?.6%以下，均有較大的富余系數(shù)。工作面上隅角、回風(fēng)及回風(fēng)尾部聯(lián)絡(luò)巷瓦斯?jié)舛惹€如圖4所示。

6 結(jié)論

（1）并列雙U型通風(fēng)方式是一種新型的長壁采煤工作面通風(fēng)方式，其通風(fēng)能力大、處理瓦斯能力強(qiáng)，消除上隅角風(fēng)流渦流狀態(tài)，使其不再積聚瓦斯。

（2）并列雙U型通風(fēng)方式下工作面上隅角、回風(fēng)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)。

（3）為保證并列雙U型通風(fēng)效果，其尾部聯(lián)絡(luò)巷間距應(yīng)設(shè)置合理、保證風(fēng)流暢通，并嚴(yán)格控制漏風(fēng)。

（4）XV1301工作面上覆9＃煤層的瓦斯抽放可有效抑制上覆煤層瓦斯涌入開采層，但本煤層及鄰近層瓦斯抽放效果均不明顯，合理的通風(fēng)方式是高效治理瓦斯的關(guān)鍵。

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Application of parallel double－U ventilation mode to gas control on fully mechanized work face of high gas coal mine

Miao Huidong
（Sihe Coal Mine，Jincheng Anthracite Mining Group，Jincheng，Shanxi 048019，China）

Aiming at the characteristics of No.15 coal seam of No.2 mine in Sihe coal mine，such as high gas content，undergo a f and heavy gas outflow from adjacent coal seams，a new parallel double－U ventilation mode was put forward on the basis of gas drainage，whose structure，characteristics and key technology were described.And the differences between this ventilation mode and small U embraced by big U ventilation mode were discussed.The gas control on the XV1301 work face showed that the parallel double－U ventilation mode has such advantages as large ventilation capability，strong gas control capability，and no eddy airflow in the upper corner，so gas was difficult to accumulate.The gas contents in the upper corner of workforce，the connection space at the end of return airways and two return airways were always kept under control and low enough to ensure high efficient and safe production on the work face.

parallel double－U ventilation mode，gas control，gas drainage

TD724

A

苗惠東（1967－），男，山西長子人，高級工程師，現(xiàn)任寺河礦二號井總工程師，主要從事礦井開采及一通三防方面的技術(shù)研究。

（責(zé)任編輯 梁子榮）