回采工作面Y型通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與通風(fēng)阻力測定

摘 要：為了提升采面通風(fēng)安全保障能力，避免上隅角瓦斯集聚給采面正常帶來不利影響，以7528綜采工作面為研究對(duì)象，采用沿空留巷實(shí)現(xiàn)采面Y型通風(fēng)，材料巷、進(jìn)風(fēng)巷風(fēng)量分別為1150m3/min、650m3/min可滿足采面瓦斯、粉塵等稀釋需要。在材料巷留巷段采用高水充填材料構(gòu)筑巷旁充填墻不僅可對(duì)頂板巖層進(jìn)行支撐、而且可降低留巷段漏風(fēng)量。采面采用Y型通風(fēng)時(shí)各段通風(fēng)阻力分布合理，可滿足采面生產(chǎn)需要。

關(guān)鍵詞：回采工作面;采面通風(fēng);通風(fēng)阻力;沿空留巷

近些年來隨著采面煤炭產(chǎn)量逐漸增加，上隅角瓦斯集聚以及超限問題成為制約煤炭生產(chǎn)安全的重要隱患[1]。相對(duì)于U型通風(fēng)而言，Y型通風(fēng)（兩進(jìn)一回）可從根本上改變采空區(qū)內(nèi)瓦斯運(yùn)移方向，且不存在回風(fēng)上隅角，從而避免回風(fēng)上隅角位置瓦斯集聚問題[2-3]。大量研究結(jié)果表明，采面Y型通風(fēng)時(shí)通風(fēng)效果與留巷圍巖控制效果及巷旁充填墻體密封性、支撐強(qiáng)度等有密切關(guān)聯(lián)[4]。文中就以山西某礦7528綜采工作面為工程研究對(duì)象，對(duì)Y型通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)并進(jìn)行通風(fēng)阻力測定，以期為類似礦井Y型通風(fēng)設(shè)計(jì)提供一定借鑒。

1 工程概況

山西某礦7#煤層埋深498.6m，厚度3.17m。直接頂為灰黑色泥巖（厚2.4m）;基本頂為細(xì)砂巖（厚10.8m）;直接底為粉砂巖（厚1.3m）;老底為中砂巖（厚5.5m），堅(jiān)硬性脆。7326綜采工作面為于南3采區(qū)，設(shè)計(jì)走向長850m、斜長120m，采用綜采開采方式，采煤機(jī)型號(hào)為MG150/345-WDK、刮板輸送機(jī)型號(hào)為SGZ630/264W、液壓支架型號(hào)為ZY3200/15/36。7號(hào)煤瓦斯含量9.6m3/t，瓦斯壓力0.94MPa，煤層具有突出危險(xiǎn)性。

2 Y型通風(fēng)設(shè)計(jì)

2.1 通風(fēng)設(shè)計(jì)

為解決采面上隅角、回風(fēng)巷瓦斯超限問題，擬定在7528綜采工作面采用Y型通風(fēng)技術(shù)。根據(jù)采面地質(zhì)條件以及7326采面生產(chǎn)條件，采面進(jìn)風(fēng)巷、材料巷進(jìn)風(fēng)，留巷段回風(fēng)，從而形成“兩進(jìn)一回”通風(fēng)方式，具體見圖1。

采面采用Y型通風(fēng)后采面生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的瓦斯、粉塵等采面進(jìn)風(fēng)巷風(fēng)流稀釋，上隅角瓦斯被材料巷進(jìn)風(fēng)、進(jìn)風(fēng)巷進(jìn)風(fēng)稀釋，通過留巷段進(jìn)入采區(qū)回風(fēng)巷。根據(jù)采面瓦斯涌出以及Y型通風(fēng)設(shè)計(jì)，將進(jìn)風(fēng)巷風(fēng)量Q1、材料巷風(fēng)量Q2分別確定為1180m3/min、680m3/min，留巷段風(fēng)量Q3為1860m3/min。

2.2 留巷段圍巖控制

Y型通風(fēng)時(shí)需要留巷段回風(fēng)，Y型通風(fēng)關(guān)鍵是留巷段圍巖控制。7326材料巷（高×寬=1900mm×3100mm）采用錨桿+金屬網(wǎng)對(duì)圍巖進(jìn)行控制。在7326采面留巷段巷旁充填材料選用高水充填材料（型號(hào)ZKD型），該高水充填材料由A、B兩種材料混合而成，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果以及采面實(shí)際情況，高水充填材料水灰比為（1.8～2.1）：1。該高水充填材料在充填完成后6h強(qiáng)度即可達(dá)到1.8MPa、3d強(qiáng)度達(dá)到5.1MPa、28d強(qiáng)度可達(dá)26MPa。

具體在巷旁布置的充填墻體長×高×寬=2000mm×

2100mm×2500mm，并采用螺紋鋼錨桿（規(guī)格：18mm×

2400mm）對(duì)穿強(qiáng)度進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)加固，錨桿布置兩排，上排距頂板500mm、下排與上排錨桿相距1000mm，排距為1000mm，錨桿間采用鋼帶連接。在超前采面20m、滯后采面30m范圍內(nèi)采用單體、鉸接頂梁對(duì)組成走向梁對(duì)頂板進(jìn)行支護(hù)。在留巷段采用巷旁充填支護(hù)后，巷道圍巖變形量整體較小，圍巖變形主要集中在采面后方0～50m范圍內(nèi)，最終頂板、巷幫最大變形量分別為428mm、395mm。

3 通風(fēng)效果

3.1 采空區(qū)內(nèi)壓力場分布

為了掌握采面Y型通風(fēng)效果，采用數(shù)值模擬技術(shù)對(duì)U型、Y型通風(fēng)進(jìn)行模擬分析，具體U型通風(fēng)、Y型通風(fēng)時(shí)采空區(qū)壓力場分布情況見圖2所示。

從圖中看出，采面采用傳統(tǒng)U型通風(fēng)方式時(shí)，采空區(qū)內(nèi)壓力沿著采面走向逐漸降低，在回風(fēng)巷位置壓力值最小;采用Y型通風(fēng)時(shí)采空區(qū)內(nèi)壓力沿對(duì)角線方向（傾向走向方向）逐漸降低，并在留巷段尾部與采區(qū)回風(fēng)巷交匯位置達(dá)到最小。U型通風(fēng)采空區(qū)內(nèi)壓力最低點(diǎn)位于回風(fēng)上隅角位置，而Y型通風(fēng)時(shí)留巷段（回風(fēng)段）均處于負(fù)壓狀態(tài)，使得采空區(qū)內(nèi)涌出的瓦斯向留巷段流出，漏風(fēng)量較U型通風(fēng)增加約1.5倍。

Y型通風(fēng)時(shí)由于留巷段整體處于壓力降低區(qū)，在留巷段與采區(qū)回風(fēng)巷交匯位置為壓力最低點(diǎn)，采面不存在回風(fēng)上隅角，因此從根本上杜絕采面上隅角瓦斯超限問題。同時(shí)由于材料巷、進(jìn)風(fēng)巷同時(shí)進(jìn)風(fēng)，提供的新鮮風(fēng)流可有效稀釋瓦斯，從而避免回風(fēng)巷內(nèi)瓦斯集聚。

3.2 Y型通風(fēng)阻力測定

為了掌握采面采用Y型通風(fēng)時(shí)通風(fēng)阻力分布、風(fēng)速以及風(fēng)量變化規(guī)律，對(duì)采面兩條進(jìn)風(fēng)巷（進(jìn)風(fēng)巷、材料巷）以及留巷段（回風(fēng)巷）通風(fēng)阻力、風(fēng)量及風(fēng)速等通風(fēng)參數(shù)進(jìn)行測定。具體步驟為：①依據(jù)現(xiàn)場條件合理布置測站;②采用JYF-1氣壓計(jì)測定、記錄測站壓力;③采用KG3088

風(fēng)速傳感器測定、計(jì)算平均風(fēng)速;④采用皮尺測量巷道斷面、周長、測點(diǎn)間距。

根據(jù)上述測量結(jié)果，并結(jié)合相關(guān)計(jì)算公式可求得采面內(nèi)各通風(fēng)段風(fēng)阻、風(fēng)壓;根據(jù)通風(fēng)系統(tǒng)中各段巷道用途，將其細(xì)分為進(jìn)風(fēng)段、用風(fēng)段及回風(fēng)段，具體獲取到采面內(nèi)各區(qū)段風(fēng)阻分布見表1。將測量獲取到的通風(fēng)阻力與計(jì)算得到通風(fēng)阻力進(jìn)行比對(duì)，誤差在5%以內(nèi)。

從表1得知，采面進(jìn)風(fēng)段、用風(fēng)段及回風(fēng)段阻力占比分別為26.90%、20.09%、53.01%。采面留巷段內(nèi)巷道圍巖控制效果較好，回風(fēng)巷斷面穩(wěn)定且可為回風(fēng)提供有效斷面，通風(fēng)阻力分布在合理范圍。

4 總結(jié)

①在7326采用Y型通風(fēng)后，采面通風(fēng)風(fēng)量可滿足瓦斯、粉塵稀釋需要。在7326材料巷留巷段采用ZKD高水充填材料構(gòu)筑充填體墻可實(shí)現(xiàn)對(duì)頂板巖層支撐，并減少留巷段漏風(fēng)量;②采面留巷段處于對(duì)采面通風(fēng)阻力實(shí)測后，采面進(jìn)風(fēng)段、用風(fēng)段及回風(fēng)段阻力分別為561.12Pa、421.23Pa、1114.63Pa，占比分別為26.90%、20.09%、53.01%，通風(fēng)阻力在合理范圍。

參考文獻(xiàn)：

[1]黃忠貴.回采面通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化與瓦斯治理分析[J].能源與節(jié)能，2020（02）：43-44.

[2]元繼光.Y型通風(fēng)系統(tǒng)在杜兒坪礦的應(yīng)用實(shí)驗(yàn)研究[J].能源與節(jié)能，2019（02）：164-165.

[3]楊豫龍.Y型通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與通風(fēng)阻力測定[J].煤炭與化工，2018，41（08）：42-43+47.

[4]楊剛，楊明杰.礦井Y型通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與通風(fēng)阻力測定研究[J].中國煤炭，2018，44（08）：136-139+152.

作者簡介：

王鵬軍（1988- ），男，山西省長子縣人，2018年1月畢業(yè)于太原理工大學(xué)，采礦工程專業(yè)，本科，現(xiàn)為工程師。