“W”形通風系統(tǒng)在新景公司15號煤回采工作面的可行性分析與研究

李博強

（山西新景礦煤業(yè)有限責任公司， 山西 陽泉 045000）

引言

新景公司井田位置在山西省陽泉市礦區(qū)西部，地理坐標：東經 113°21′10″-113°31′17″，北緯37°51′07″-37°56′31″。該礦井屬于高瓦斯突出礦井，礦井通風采用分區(qū)式通風系統(tǒng)，通風方式為機械抽出式。由于井田面積大，礦井生產能力大，瓦斯涌出量大，礦井所需風量大等特點，采用分區(qū)開拓。現(xiàn)階段設計主采煤層有3、8、15號煤層。其中15號煤的煤層厚度3.94～8.21 m，平均為6.14 m。可采性指數Km=1，煤厚變異系數γ=15.53%，在全區(qū)內均有分布，且厚度穩(wěn)定，全部可采，是本區(qū)的主要可采厚煤層。

15號煤綜放工作面采用放頂煤工藝回采，傳統(tǒng)的巷道布置方式為：布置一條進風巷、一條回風巷、一條低位抽采巷、一條高抽巷，進風巷、回風巷沿煤層底板掘進，低位抽采巷沿15號煤頂板以上5～8 m掘進，高抽巷布置在9號煤或11號煤層位，距15號煤頂板55～70 m。在15313工作面試用“W”形通風系統(tǒng)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的“U”形通風系統(tǒng)，解決工作面進回風巷兩端壓差大，采空區(qū)漏風嚴重，自燃氧化帶寬度大的難題。

1 工作面概況

本工作面井下位于15號煤蘆南采區(qū)南翼東部，東為坡頭礦礦界，南為太舊高速公路保護煤柱，西為15314工作面（未掘），北為采區(qū)大巷（已掘）。本工作面上方3號煤層71107、71109工作面、8號煤層2104、2105工作面已采。井下標高為364～430 m。煤（巖）層賦存特征見表1。工作面采用傾向長壁綜放的采煤方法進行開采。

表1 煤（巖）層賦存特征

2“W”形通風系統(tǒng)原理及技術優(yōu)勢

2.1“W”形通風系統(tǒng)原理

W形通風方式采煤工作面有三條平巷，即上、下平巷，中間平巷。采取上、下平巷進風或回風，中間平巷回風或進風的布置方式，即“兩進一回”或“一進兩回”通風系統(tǒng)，如圖1、2所示。

圖1 “兩進一回”通風系統(tǒng)

圖2 “一進兩回”通風系統(tǒng)

從工業(yè)應用角度看，對于高瓦斯礦井，一般采用“兩進一回”“W”形通風系統(tǒng)。

2.2“W”形通風系統(tǒng)的技術優(yōu)勢

1）通風網路屬并聯(lián)結構，風阻小，風量大，有利于減小工作面通風阻力，增加工作面配風量，提高用風效率，瓦斯治理能力強；

2）“W”形通風系統(tǒng)采用兩條巷道進風，兩個進風隅角在新鮮風流的影響下瓦斯?jié)舛然緸榱?，使傳統(tǒng)意義的上隅角消失，瓦斯積聚的可能性減小，能夠有效解決“U”形通風方式上隅角瓦斯超限問題；

3）“W”形通風系統(tǒng)的回風巷為專用回風巷，上、下端平巷進風，可將工作面的電氣設備和運輸設備均布置在進風流中，為回收和維修采煤設備創(chuàng)造了良好條件；

4）“W”形通風方式進回風兩端壓差小，從而減少了工作面向采空區(qū)的漏風，降低了采空區(qū)遺煤自燃氧化帶寬度，能夠起到均壓防滅火的作用；

5）工作面和采空區(qū)之間的風壓差也隨之減小，漏風掃過采空區(qū)的面積減小，攜帶瓦斯量減小，工作面處理瓦斯能力強，可適當增加“W”形通風系統(tǒng)工作面的切巷長度，提高資源利用率和回采效率。

3 傳統(tǒng)通風系統(tǒng)現(xiàn)狀及存在的問題

新景公司當前主采3號、8號、15號煤層，其中3號煤層為突出煤層，15號煤層屬II類自燃煤層。

3.1 傳統(tǒng)通風系統(tǒng)現(xiàn)狀

15號煤層工作面通風系統(tǒng)為“U”形通風+低位抽采巷+高抽巷，進風巷作進風用，回風巷作回風用。

低位抽采巷布置在距煤層頂板5～8 m的巖層中，取代了原內錯尾巷布置方式，主要用于解決上隅角瓦斯積聚問題，低位抽采巷與回風巷的水平間距以15～20 m為宜。

15號煤上覆鄰近層較多，在煤層開采過程中，由于采動卸壓，上覆巖層鄰近層瓦斯通過采動裂隙涌向工作面，不利于回采期間的安全生產。為解決鄰近層瓦斯涌出問題，在煤層上覆巖層裂隙帶布置走向高抽巷。

高抽巷層位距15號煤的距離不得小于8.5倍采高為宜，走向高抽巷至工作面回風巷的水平距離要根據層間距而定，一般應為25 m～1/3工作面采長之內，高抽巷距15號煤層越近，則應越靠近工作面回風巷。

走向高抽巷初次抽出瓦斯一般在工作面回采到距切巷28 m左右，大量抽出瓦斯在38 m左右。頂板走向高抽巷與后高抽巷（偽斜高抽巷）貫通，利用走向高抽巷進行抽放來解決工作面初采期間的瓦斯涌出，大大縮短了高抽巷初次抽出瓦斯的距離，避免工作面初采期間瓦斯超限。15313綜放工作面布置方式如圖3所示。

3.2 傳統(tǒng)通風系統(tǒng)主要存在的問題

1）綜放工作面遺留的采空區(qū)空間大、遺煤分布廣，加之工作面同時布置走向高抽巷和低位抽采巷抽采瓦斯，造成采空區(qū)漏風嚴重，煤層容易出現(xiàn)自燃發(fā)火威脅工作面安全生產的問題；

2）工作面進回風兩端壓差大，采空區(qū)漏風量和漏風范圍大，使自燃氧化帶寬度也隨之增大，加劇了煤層自燃發(fā)火危險性；

3）由于420水平15號煤層按照防突管理，煤層瓦斯含量較大和工作面瓦斯涌出量較高?；夭蛇^程中，工作面配風量必須要保證滿足排出瓦斯的作用，但增大風量又會增加進回風壓差，增大采空區(qū)漏風，導致目前出現(xiàn)“瓦斯治理”和“防滅火”相矛盾的難題，工作面配風量的合理把握是當前15號煤層通風和防滅火工作的重中之重；

圖3 15313綜放工作面通風系統(tǒng)圖

4）雖然目前15號煤層綜采放頂煤開采可以通過提高工作面回采速度、快采快閉、提高回采效率，使采空區(qū)遺煤在不超過自然發(fā)火期被甩入采空區(qū)深部，但要完全實現(xiàn)整個工作面快速推進，單靠采煤設備及工藝基本不太可能，遇到地質構造等不確定因素導致工作面推進緩慢甚至停產的情況也時有發(fā)生，使采空區(qū)遺煤長期處于氧化自燃帶內，極易引起煤層自燃。

因此，如何最大程度上減少采空區(qū)漏風，減小自燃氧化帶范圍是防滅火工作的關鍵。

4“W”形通風系統(tǒng)可行性分析

通過對新景公司15號煤層采用的通風系統(tǒng)進行分析，總結了當前通風系統(tǒng)的適應性及存在的主要問題，并結合“兩進一回”W形通風系統(tǒng)的技術優(yōu)勢，對該通風系統(tǒng)在15號煤層應用的可行性分析如下：

15號煤層為II類自燃煤層，布置低位抽采巷解決上隅角瓦斯積聚問題，走向高抽巷用于解決鄰近層瓦斯涌出問題。由于綜放工藝采空區(qū)遺煤多，加之瓦斯抽采因素的影響，采空區(qū)漏風量和漏風范圍大，煤層自燃發(fā)火危險性嚴重。且出現(xiàn)加大通風降低瓦斯和均壓防滅火相矛盾的被動局面，是當前通風工作的難點所在。

從通風系統(tǒng)性能和煤層特性角度分析，新景公司各煤層中15號煤層最適宜采用“W”形通風方式，該通風系統(tǒng)可使工作面兩端的壓差減小，工作面向采空區(qū)的漏風范圍較窄，自燃帶更接近工作面，自燃帶的寬度變窄，能有效防止采空區(qū)遺煤自燃，起到均壓防滅火的效果，且“W”形通風方式可以有效解決上隅角瓦斯超限問題。

“W”形通風突破了傳統(tǒng)“U”形通風的“一源一匯”工作面的局限性，形成“多源一匯”工作面，既可增大工作面供風量，同時又能減小工作面與采空區(qū)間的壓差，抑制采空區(qū)的漏風，亦可抑制采空區(qū)瓦斯的涌出，具有“一舉多得”的效果。

結合新景公司15號煤層通風系統(tǒng)現(xiàn)狀，建議采用偏“W”形通風+高抽巷布置方式為宜?！癢”形通風系統(tǒng)的中間回風巷用以取代低位抽采巷布置。以

15313綜放工作面為例，通風系統(tǒng)可改為圖4所示。

該通風系統(tǒng)為：軌道巷和皮帶巷同時兼作進風巷道，工作面回采時，新鮮風流經過軌道巷和皮帶巷進入采煤工作面，再流入回風巷中，由于回風巷偏近于軌道巷，風流行程為偏“W”形，同時布置高抽巷用于抽采鄰近層瓦斯。

回采工藝為：工作面綜放回采過程中，皮帶巷至回風巷臥底放頂煤；回風巷與軌道巷之間的煤柱，支架沿頂板支設，只回收頂煤留底煤（軌道巷沿頂板掘進布置）。

從經濟的角度考慮，采用“W”形通風系統(tǒng)，增加了一條煤巷的施工，但減少了一條巖巷的施工，大大降低了掘進成本，提高了施工效率，同時節(jié)省了抽采泵站對低位抽采巷的抽采費用投入。

圖4 15313工作面偏“W”形通風+高抽巷通風布置圖

5 結語

通過以上分析研究，可在15313綜放工作面進行工業(yè)性試驗，從兩條進風巷風量的最佳配風比、回風巷與進風巷的間距、高抽巷合理層位布置、高抽巷與回風巷水平間距等多方面展開研究，發(fā)現(xiàn)“W”形通風+高抽巷通風方式更加適用于新景公司15號煤層賦存現(xiàn)狀，為礦井安全生產提供技術支撐。