高瓦斯礦井采煤工作面通風(fēng)方式優(yōu)化設(shè)計(jì)

王彥鑫

(山西煤炭運(yùn)銷集團(tuán) 店上煤業(yè)有限公司 ，山西 高平 048400 )

瓦斯治理是高瓦斯礦井工作的重點(diǎn)，應(yīng)該加強(qiáng)礦井通風(fēng)系統(tǒng)的建設(shè)，加強(qiáng)通風(fēng)系統(tǒng)的管理。做好工作面通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工作很重要，設(shè)計(jì)期間需綜合考慮各種影響因素，優(yōu)化工作面通風(fēng)系統(tǒng)，確保礦井通風(fēng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，保障井下作業(yè)人員的生命安全。

合理的通風(fēng)方式對(duì)工作面瓦斯治理影響較大，所以高瓦斯礦井應(yīng)根據(jù)礦井實(shí)際情況，以及通風(fēng)的難易程度確定工作面合理的通風(fēng)系統(tǒng)，確保工作面回采過程中瓦斯正常，保障礦井的安全。目前，對(duì)通風(fēng)效果的分析主要通過模擬和現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集兩種方法，對(duì)采空區(qū)內(nèi)部的流場通過流體力學(xué)和數(shù)學(xué)分析，研究采空區(qū)內(nèi)的瓦斯流經(jīng)路線，進(jìn)一步了解瓦斯的運(yùn)移規(guī)律，從而更好地對(duì)瓦斯進(jìn)行治理。某礦首采工作面主要考慮兩種通風(fēng)系統(tǒng)：一種為“U”型通風(fēng)系統(tǒng)，另一種為“U+L”型通風(fēng)系統(tǒng)。通過對(duì)比兩種通風(fēng)系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)，選擇合理的通風(fēng)系統(tǒng)，以保障工作面的正常回采，確保礦井的安全生產(chǎn)。

1 通風(fēng)原理

1.1 “U+L”型通風(fēng)系統(tǒng)的工作原理

工作面采用“U+L”型通風(fēng)系統(tǒng)需布置3條巷道，分別為輔助運(yùn)輸巷、膠帶運(yùn)輸巷和瓦斯排放巷。其中膠帶運(yùn)輸巷和輔助運(yùn)輸巷為工作面進(jìn)風(fēng)巷，專用排瓦斯巷為回風(fēng)巷道，并布置在輔助運(yùn)輸巷的外側(cè)，通過聯(lián)絡(luò)巷與輔助運(yùn)輸巷聯(lián)通。工作面的瓦斯通過兩條進(jìn)風(fēng)巷后，部分新鮮風(fēng)通過工作面，部分新鮮風(fēng)到達(dá)上隅角，最后在上隅角進(jìn)入采空區(qū)后經(jīng)工作面后部的聯(lián)絡(luò)巷進(jìn)入專用排瓦斯巷道。

1.2 “U”型通風(fēng)系統(tǒng)的工作原理

綜采工作面選擇“U”型通風(fēng)系統(tǒng)布置兩條巷道，分別為輔助運(yùn)輸巷和膠帶運(yùn)輸巷。膠帶運(yùn)輸巷為進(jìn)風(fēng)巷道，輔助運(yùn)輸巷為回風(fēng)巷道。新鮮風(fēng)流經(jīng)進(jìn)風(fēng)巷到了工作面后，到達(dá)回風(fēng)巷。該系統(tǒng)通風(fēng)相對(duì)簡單，但上隅角瓦斯不易管理。

2 通風(fēng)系統(tǒng)分析

該礦為高瓦斯礦井，煤層平均3.4～3.9 m，平均厚度3.8 m，首采工作面預(yù)計(jì)設(shè)計(jì)走向長度1 700 m，工作面傾向長度170 m，主要回采5號(hào)煤，煤層平均傾角13°，礦井絕對(duì)瓦斯涌出量125 m3/min，原煤瓦斯含量7.6 m3/t。通過對(duì)該首采工作面兩種通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)“U”型通風(fēng)系統(tǒng)對(duì)工作面采空區(qū)的影響更深遠(yuǎn)，會(huì)將采空區(qū)更深部的高濃度瓦斯帶出，造成采空區(qū)瓦斯過多地涌出到工作面的回風(fēng)現(xiàn)象，不利于瓦斯管理；“U”型通風(fēng)上隅角處的瓦斯隨著一部分風(fēng)的影響進(jìn)入工作面回風(fēng)巷道內(nèi)，且巷道負(fù)壓的影響會(huì)導(dǎo)致工作面上隅角瓦斯不受控制，出現(xiàn)工作面上隅角瓦斯嚴(yán)重偏高，甚至超限報(bào)警的情況。

“U+L”通風(fēng)系統(tǒng)的影響范圍只到了工作面后部的聯(lián)絡(luò)巷，且瓦斯經(jīng)過聯(lián)絡(luò)巷后釋放到回風(fēng)巷內(nèi)，限制了瓦斯的影響范圍，有利于通風(fēng)系統(tǒng)的管理。

3 上隅角瓦斯對(duì)比

通過對(duì)該礦井其它采區(qū)工作面瓦斯數(shù)據(jù)的收集、對(duì)比發(fā)現(xiàn)，在工作面風(fēng)量相同的情況下，采用“U+L”型通風(fēng)系統(tǒng)的工作面上隅角瓦斯明顯低于“U”型通風(fēng)工作面，且“U”型通風(fēng)系統(tǒng)的瓦斯接近報(bào)警值的情況較多，回風(fēng)巷的瓦斯不受控制，嚴(yán)重影響工作面的正常生產(chǎn)。通過對(duì)以上數(shù)據(jù)的分析，考慮到正常生產(chǎn)期間的安全問題，采用“U+L”型通風(fēng)系統(tǒng)更加合理。

4 經(jīng)濟(jì)效果對(duì)比分析

4.1 “U+L”型通風(fēng)系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：由于工作面上隅角的風(fēng)流向工作面后部的聯(lián)絡(luò)巷流動(dòng)，對(duì)采空區(qū)的擾動(dòng)范圍較小，限制了瓦斯的涌出量，所以工作面回風(fēng)巷道的瓦斯涌出較小。工作面采用兩進(jìn)一回的通風(fēng)系統(tǒng)，上隅角的瓦斯偏小，致使工作面機(jī)尾的瓦斯偏低，機(jī)電設(shè)備附近沒有高濃度瓦斯源，瓦斯易管理，工作面人員的主要活動(dòng)范圍內(nèi)沒有高濃度的瓦斯，保障了人員的安全。

缺點(diǎn)：工作面需施工3條巷道，巷道施工工程量大，經(jīng)濟(jì)投入過高，且對(duì)礦井的整體采掘銜接有影響，易造成礦井采掘銜接緊張；聯(lián)絡(luò)巷內(nèi)的通風(fēng)設(shè)施較多，易出現(xiàn)漏風(fēng)情況，造成風(fēng)量的浪費(fèi)，影響通風(fēng)系統(tǒng)的穩(wěn)定；需加強(qiáng)通風(fēng)設(shè)施的檢查與維護(hù)，造成人員工作量偏大；當(dāng)工作面通過聯(lián)絡(luò)巷后需對(duì)工作面通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整，進(jìn)一步影響工作面生產(chǎn)工作，且通風(fēng)系統(tǒng)調(diào)整比較多，不利于通風(fēng)系統(tǒng)的管理；工作面回風(fēng)和輔助運(yùn)輸巷間需要留設(shè)煤柱，造成工作面的回采率偏低，浪費(fèi)能源。

4.2 “U”型通風(fēng)系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：工作面僅施工兩條巷道，巷道施工工程量小，工作面圈成時(shí)間短，并且減少了1支掘進(jìn)隊(duì)伍，有利于礦井進(jìn)行采掘銜接工作。工作面留設(shè)的煤柱少，保護(hù)了礦產(chǎn)資源。通風(fēng)系統(tǒng)相對(duì)簡單、通風(fēng)設(shè)施少、易管理、漏風(fēng)少。

缺點(diǎn)：由于上隅角的瓦斯流向工作面機(jī)尾，且瓦斯?jié)舛容^高，容易發(fā)生瓦斯超限報(bào)警的可能。此處存在機(jī)電設(shè)備，當(dāng)瓦斯較高的時(shí)候，可能會(huì)有重大安全隱患。

5 “U+L”型通風(fēng)系統(tǒng)的應(yīng)用

通過對(duì)比兩種通風(fēng)系統(tǒng)，綜合考慮礦井的實(shí)際情況及對(duì)安全的影響，最終確定選擇“U+L”型通風(fēng)系統(tǒng)，于2016年7月份施工完成。通風(fēng)系統(tǒng)完善后對(duì)該工作面進(jìn)行初采，工作面配風(fēng)量為2 800 m3/min左右，工作面上隅角瓦斯保持在0.36%左右，回風(fēng)巷道內(nèi)的瓦斯最高達(dá)0.55%，一般保持在0.45%，工作面回采期間未發(fā)生瓦斯超限，未由于瓦斯因素影響該工作面正常的生產(chǎn)工作。