近距離高瓦斯低滲透率煤層組“UL”型通風方式研究

聶萬利

（1.中國礦業(yè)大學礦業(yè)工程學院，江蘇 徐州 221116；2.山西金地煤焦有限公司，山西 太原 030006）

建設高產(chǎn)高效本質(zhì)安全型現(xiàn)代化礦井是現(xiàn)在煤礦建設所追求的目標。采用新的開采工藝和新的技術裝備，應用新的監(jiān)控設施和新的科學管理技術，大幅度提高工作面單產(chǎn)，實現(xiàn)生產(chǎn)高度集中化，是礦井達到高產(chǎn)量、高效率、高效益的本質(zhì)安全狀態(tài)，是建設高產(chǎn)高效本質(zhì)安全型現(xiàn)代化礦井的必由之路。新一代重型化、大功率采、掘、運設備的問世與應用，使高產(chǎn)高效本質(zhì)安全型礦井建設成為可能[1～4]。開采近距離具有煤層自燃傾向低滲透率薄煤層組的高瓦斯礦井，瓦斯災害威脅著高產(chǎn)高效本質(zhì)安全型礦井的建設，因此，選擇一種科學合理的通風方式至關重要。

1 工作面生產(chǎn)特點

開采近距離具有煤層自燃傾向低滲透率薄煤層組的高瓦斯礦井工作面，本煤層瓦斯量大，且臨近層瓦斯大量向工作面涌入。煤層厚度小、采高低，工作面有效通風斷面小，受工作面最大風速限制、工作面允許配風量小。為保證工作面配風量，工作面上下進回風壓差較大，也造成工作面采空區(qū)瓦斯向采面涌出量加大，且不利于防止煤層自燃和工作面降塵。開采近距離具有煤層自燃傾向低滲透率薄煤層組的高瓦斯礦井工作面通風難題，成為開采近距離具有煤層自燃傾向低滲透率薄煤層組的高瓦斯礦井建設高產(chǎn)高效本質(zhì)安全型礦井的瓶頸，給開采近距離具有煤層自燃傾向低滲透率薄煤層組的高瓦斯礦井通風設計提出了新的課題。

2 礦井通風方式研究

高產(chǎn)高效工作面的瓦斯涌出規(guī)律為：高產(chǎn)高效工作面的瓦斯涌出量除了與煤層瓦斯含量、開采順序等有關外，還與煤層開發(fā)強度有很大的關系。由于工作面回采而涌出的瓦斯，一部分來自本煤層，這部分與煤層瓦斯賦存條件有關，它的涌出量由于采煤工藝的不同而有較大的變化，本煤層絕對瓦斯涌出量，隨日產(chǎn)量的增加而呈線性增長趨勢，相對瓦斯涌出量則與產(chǎn)量呈冪函數(shù)關系減小；另一部分來自于受采動影響的鄰近煤層與圍巖，一般來說，在一定的地質(zhì)條件下，鄰近層瓦斯排放程度隨層間距加大而減小，隨開采強度的加大而加大[5]。

根據(jù)高產(chǎn)高效工作面的開采特點及瓦斯涌出規(guī)律，高產(chǎn)高效薄煤層工作面因產(chǎn)量的增加，工作面絕對瓦斯涌出量也必然增加，所以高產(chǎn)高效綜采工作面的瓦斯治理必須在對其瓦斯進行充分抽采的前提下，采取切實有效的通風方式，徹底解決瓦斯隱患[6]。

我國高產(chǎn)高效的礦井一般以低瓦斯礦井為主，主要采取的通風方式有“U”型、“W”型和“Y”型，下面就這3種不同的通風方式作簡要分析：

（1）“U”型通風方式：是最普通的通風方式，其最大的缺點是風流在工作面回風隅角形成渦流區(qū)，容易造成瓦斯集聚。采空區(qū)高濃度瓦斯和渦流區(qū)集聚的瓦斯通過擴散和漏風風流的作用向回風隅角涌出，而且受回風隅角頂板垮落影響瓦斯涌出極不穩(wěn)定，容易造成工作面回風隅角瓦斯超限，這樣不但限制了工作面高產(chǎn)高效，且極易造成瓦斯事故。臨近層、采空區(qū)抽放場地受限制，受工作面通風斷面限制工作面通風能力小，存在煤柱損失[7]。

（2）“W”型通風方式：工作面通風能力大，一進兩回時同“U”型通風方式一樣容易造成工作面上回風隅角瓦斯超限。不管一進兩回還是兩進一回工作面都存在下行風，不適合有突出危險的礦井，臨近層、采空區(qū)抽放場地受限制。3條巷道工作面掘進工程量大，存在煤柱損失。

（3）“Y”型通風方式：可有效地解決工作面上隅角瓦斯超限問題，且可實現(xiàn)無煤柱順序接替，回風尾巷可作為臨近層、采空區(qū)抽放場地。但回風尾巷需要沿空留巷，沿空留巷工藝復雜，且巷道斷面有時很難保證，巷道維護工作量大。受沿空留巷斷面限制，工作面通風能力也不大。當工作面下行順序接替時，工作面下行風，不適合有突出危險的礦井。沿空留巷漏風對防止煤層自燃不利。

3 “UL”型通風方式

3.1 “UL”型通風方式概念

見圖1的“UL”型通風方式圖。工作面通風由兩條進風巷1S、2S和一條回風巷3S組成。進風巷2S與回風巷3S之間留4～5 m小煤柱，沿巷道方向每隔30～50 m做一連接橫貫，其中上一工作面的回風巷3S保留，作為下一工作面的進風巷1S，在進風巷2S外口布置一局扇，風筒通過連接橫貫從進風巷2S過渡到回風巷3S向回風巷3S里面送風。靠進風巷2S與回風巷3S之間連接橫貫的調(diào)節(jié)風窗調(diào)節(jié)過風量，控制工作面乏風從工作面前后最靠近工作面的兩個連接橫貫流向回風巷3S，保證采空區(qū)瓦斯不流向工作面。

圖1“UL”型通風方式

3.2 “UL”型通風方式優(yōu)缺點

3.2.1 優(yōu)點分析

（1）可防止采空區(qū)瓦斯向工作面涌出，且兩進一回工作面通風能力較大。

（2）可有效地解決工作面上隅角瓦斯超限問題。

（3）相對于“Y”型通風有利于防止煤層自燃。

（4）專用回風巷3S可作為臨近層、采空區(qū)抽放場地，特別有利于抽采頂?shù)装逍秹和咚购筒煽諈^(qū)瓦斯。

（5）進風巷2S和回風巷3S雙巷掘進，很好地解決了大走向工作面掘進通風難題。

（6）相對于“Y”型通風省去了復雜的沿空留巷工藝。

（7）一個采面新掘兩條巷道，掘進工程量不大。

（8）進風巷2S與回風巷3S之間留4～5 m小煤柱，煤柱損失小，縮小了臨近層之間應力集中的影響。

3.2.2 缺點分析

（1）受工作面通風斷面影響，工作面通風能力也受到一定限制。

（2）首采工作面需要掘進3條巷道，相對于“U”型通風方式增加了進風巷2S與回風巷3S之間聯(lián)結橫貫的掘進工程量。

（3）當工作面下行順序接替時，工作面下行風，不適合有突出危險的礦井。

（4）專用回風巷3S與進風巷2S之間有煤柱損失。

（5）專用回風巷3S受多次動壓影響。

4 結論

（1）采用“UL”型通風方式在開采高瓦斯礦井近距離具有煤層自燃傾向低滲透率薄煤層組中，針對性地解決這一特殊煤層賦存條件下的通風難題，為在復雜煤層賦存條件下實現(xiàn)礦井的高產(chǎn)高效奠定了基礎。

（2）“UL”型通風方式的成功應用為在該復雜煤層賦存條件下采煤提供了豐富的技術和實踐經(jīng)驗，也帶來了良好的技術和經(jīng)濟效益。

[1]張寶明，陳炎光.中國煤礦高產(chǎn)高效技術.中國礦業(yè)大學出版社，2001.

[2]袁漢春.國內(nèi)外高產(chǎn)高效礦井現(xiàn)狀及展望[J].煤，1998，7（6）：14-17.

[3]王亮.高產(chǎn)高效礦井建設與管理模式研究[D].太原：太原理工大學，2004.

[4]王顯政.加快高產(chǎn)高效礦井建設 促進煤炭工業(yè)經(jīng)濟增長方式的轉(zhuǎn)變[J].煤炭科學技術，1997，25（1）：1-6.

[5]呂紹林，劉明舉.低瓦斯礦井高產(chǎn)高效工作面瓦斯涌出規(guī)律[J].焦作工學院學報，1996-5.

[6]柴久茂.淺析高瓦斯礦井的瓦斯綜合治理技術.煤炭科學技術，2004-10.

[7]李秀琴，胡永忠，肖代兵.薄煤層高瓦斯礦井高產(chǎn)高效工作面通風方式——“雙U”型通風方式的探討.地下空間與工程學報，2006-5.