“U+L”型和“Y”型通風方式治理瓦斯效果對比分析研究

李慶源，劉 洋，李進鵬，吳世躍

（1.華晉焦煤公司，山西 離石 033000；2.太原理工大學 礦業工程學院，山西 太原 030024）

“U+L”型和“Y”型通風方式治理瓦斯效果對比分析研究

李慶源1，劉 洋2，李進鵬1，吳世躍2

（1.華晉焦煤公司，山西 離石 033000；2.太原理工大學 礦業工程學院，山西 太原 030024）

通過對綜采面“U+L”型及“Y”型通風條件下采空區瓦斯運移規律進行理論、數值模擬對比分析，并結合沙曲礦24202綜采面前期“U+L”型通風及后期沿空留巷“Y”型通風條件下瓦斯治理效果，闡述了采用“Y”型通風進行瓦斯治理的優越性，最后結合礦井生產的實際情況提出了今后的改進意見。

通風系統；瓦斯治理；沿空留巷

回采工作面通風方式對采空區瓦斯涌出治理具有重要影響。傳統的“U”型通風，因其系統簡單而風靡一時，但其只有一個回風通道，漏風流場將近采空區瓦斯攜帶到工作面出風口，致使上隅角瓦斯積聚超限現象嚴重。為了解決回風隅角問題，人們又提出了“Y”型、“H”型、“U+I”型、“U+L”型等多種通風方式。目前，雖然“U+L”型已被大范圍推廣應用，但“Y”型通風因其強大的排瓦斯能力，再次受到人們的青睞。本文就這兩種通風系統在使用中工作面及采空區瓦斯流動分布規律、瓦斯治理能力做出詳細的對比分析，闡述了在實際工程應用中“Y”型通風的優越性，最后就該通風方式存在的問題及改進意見做出探討。

1 兩種通風方式的工作原理

1.1“U+L”型通風瓦斯排放原理

為了解決回風隅角問題，相關學者探討采用“U+L”型通風系統[1.2]，實質是對“U”型通風系統的一種改進：即將原“U”型通風系統回風巷改為進風巷，在其外側另布置一條巷道作回風巷，在綜放工作面回風上隅角以打木垛的方式臨時沿空留巷，回風巷通過排瓦斯橫貫與沿空留巷連通。工作面上下風巷同時進風，漏風向工作面后方排瓦斯橫貫移動，最終將流經區域內的瓦斯排入回風巷內。

1.2“Y”型通風瓦斯排放原理

“Y”型通風系統也可以說是“U+L”型通風系統的改進：采取工作面的上、下巷同時進風，并對副進風巷在采空區的部分在覆巖未垮落之前進行材料填充，維護出一條巷道來作為回風巷，利用工作面漏風將瓦斯帶入采空區深部的沿空留巷處。

2 兩種通風方式下瓦斯治理效果比較

2.1 理論對比分析

大量研究表明,由于采用冒落法管理頂板，煤層開采后，在采空區頂板巖層形成卸壓區，卸壓瓦斯在多孔介質中的流動服從達西定律。裂隙帶的形成，會促使煤體的滲透率迅速增大，使得煤體內卸壓解吸的瓦斯運移速度加快。從鄰近層涌出的瓦斯大部分滲流到采空區，使得采空區瓦斯在空間上存在壓力差，這樣就會導致采空區內部的瓦斯涌向工作面附近，直至壓力平衡。在相同的工作面使用不同的通風系統，由于向采空區漏風程度及漏風流線不同，會使得壓力平衡點向采空區內部不同程度的移動，致使瓦斯在采空區內運移規律、各點積聚程度以及涌向工作面的瓦斯量具有很大差異：

（1）對于“U+L”型通風，該通風方式上下風巷同時進風，但由于出瓦斯橫貫距工作面較近，使得采空區最低負壓點也靠近工作面。在采空區鄰近關鍵層斷裂時，瓦斯涌出量會突然增加，極容易造成上隅角及出瓦斯橫貫處瓦斯超限。

（2）對于“Y”型通風，其出瓦斯口在切眼處，采空區最低負壓點在采空區最底部。在壓差的作用下，一方面會促使漏風風流深入到采空區深部，將流經區域的瓦斯帶到沿空留巷附近；另一方面也促使深部采空區涌出的瓦斯具有總體向底部出瓦斯口流動的趨勢。從而降低了工作面瓦斯濃度，避免了上隅角瓦斯積聚超限的現象。

2.2 數值模擬對比分析

本文利用Fluent軟件，參照相關學者對礦井采空區瓦斯運移規律的研究成果[3]，對同一工作面在同樣條件下使用“U+L”、“Y”型通風方式時采空區瓦斯分布情況進行了數值模擬。建模的坐標原點為模擬主進風巷矩形的中心點，X軸沿著推進方向，長度300m，Y軸沿著工作面方向長度200m。上下進風口寬度4m，邊界類型設為Velocity Inlet，進風速度分別為0.34m/s、2.56m/s。沿空留巷寬度3m，填充墻寬度3m，工作面支架部分寬度2m，填充墻及工作面支架邊界條件均設置為Porous Jump。回風出口邊界設為Outflow，其他壁面邊界條件均設置為Wall。根據礦井覆巖巖性，將采空區滲透率按“O”型連續分布處理條件下[4]，模擬結果，見圖 1、2。

圖1“U+L”型通風瓦斯濃度等值線圖

對比圖1、2可以看出：在采空區瓦斯涌出強度和有效控制采空區漏風等條件相同的情況下，“U+L”型與“Y”型通風相比，采空區瓦斯分布規律差異較大。沿工作面寬度方向，前者工作面瓦斯濃度增加速度快，且整體瓦斯濃度較高。在工作面上隅角處，前者瓦斯濃度達到0.6%而后者卻維持在0.54%以下。沿工作面推進方向，整體來看“U+L”型通風濃度變化梯度偏大，采空區內距工作面40m處，瓦斯濃度基本上在0.8%以上，回風巷在0.56%左右。距工作面60m左右，由于受漏風影響較小，瓦斯濃度達到0.9%以上。而對于“Y”型通風，采空區漏風控制面積較大，在距離工作面40m處瓦斯濃度仍在0.72%以下，回風巷在0.52%左右，在距離工作面180m左右瓦斯濃度才達到極限值。另外，在“U+L”型通風出瓦斯橫貫口處瓦斯積聚較為嚴重，距離貫口以內6m左右瓦斯濃度可達0.94%左右，存在著極大的安全隱患。由此可見在高瓦斯礦井使用“Y”型通風具有更強的瓦斯治理能力。

2.3 實際工程對比分析

沙曲礦為典型的高瓦斯且具有煤與瓦斯突出危險的礦井，24202工作面位于該礦4號煤層，工作面可采長度為1030m，工作面寬210m，其上下鄰近層自上而下為2號煤、3號煤及5號煤，煤層層間距均小于10m，且瓦斯含量大，其中4號煤層原始瓦斯含量為6.91m3/t～14.52m3/t，其上下鄰近層原始瓦斯含量亦在8m3/t以上。

24202工作面初期采用兩進一回的“U+L”型通風方式，軌道巷為主要進風巷進風量為2460m3/min，膠帶巷和補軌道巷配一定沖洗風，進風量分別為為320m3/min、450m3/min，工作面風流和膠帶巷沖洗風匯合后流經回風橫貫進入尾巷。雖然工作面總用風在3230m3/min左右，但工作面及回風流中的瓦斯濃度經常達到臨界狀態。在2009年的2月份至8月份期間，瓦斯超限現象時有發生。

工作面自2009年9月22日改用“Y”型通風系統，軌道巷為主要進風，膠帶巷配一定量的沖洗風，工作面風流和膠帶巷沖洗風匯合后流經沿空留巷、橫貫進入回風巷。其中軌道巷進風量為2408m3/min，膠帶巷進風量為525m3/min，總風量2933m3/min。24202工作面采用沿空留巷“Y”型通風方式后月產量與平均瓦斯瓦斯濃度變化，如表1所示。

表1 24202工作面使用“Y”型通風前后月產量與平均瓦斯濃度關系

從表1中可以看出：從9月22日形成沿空留巷后，工作面及回風流中的瓦斯濃度有明顯的下將趨勢，工作面回風流中的平均瓦斯濃度從2009年6月份的0.77%下降到2009年12月份的0.47%，平均保持在0.5%上下。2010年生產面基本解決瓦斯積聚超限現象。后期工作面回風流中瓦斯濃度有所上升，是因礦井對北翼抽采系統進行調整，該面的抽采能力不穩定所致。總體來看，24202工作面使用“Y”型通風解決了采面以及上隅角瓦斯超限問題，工作面月產量明顯增加，實現了安全生產。

3 Y型通風的優點及改進意見

3.1 工程應用中“Y”通風的優點

“Y”型通風不需要留橫貫，通過改變工作面通風線路及采空區瓦斯運移線路，增大了風排瓦斯量，消除了工作面上隅角瓦斯超限隱患;沿空填充留巷技術，大量減少了掘進量，省去了大量準備新工作面的時間，有效解決了生產銜接緊張問題;采用無煤柱回采技術，相比之下大大提高了煤炭資源的回收率，同時降低了煤層自然發火的可能性。

3.2 改進意見

根據開采工作面瓦斯涌出量規律、采空區的漏風率、工作面瓦斯允許濃度等參數，合理設置主、副進風巷的配風比[5]，在滿足工作面通風需求情況下盡可能減小通風量；留巷充填體、留巷內原支護和后期支護必須滿足足夠的強度以保證留巷通風斷面；為了防止沿空留巷瓦斯濃度過高，墻體成型后要及時噴射混凝土對墻體進行封閉，確保嚴密不漏風、不漏瓦斯。

4 結論

雖然“U+L”型通風設有專用回風巷，便于布置瓦斯抽放系統，但上隅角瓦斯超限時有發生。采用“Y”通風，通過合理的配風方法可以有效的解決上隅角瓦斯問題，消除瓦斯超限隱患。另外，“Y”通風方式不僅減少了巷道掘進量，而且提高了資源回收率。對于高瓦斯礦井，“Y”通風治理瓦斯具有一定的優越性。因此，當“U”型通風不能滿足瓦斯治理要求時，應根據回采工藝條件優先選用“Y”型通風系統。

[1]高貴祥.“U+L”型通風治理回采工作面上隅角瓦斯[J].煤礦安全,2009(12):37-40.

[2] 宋俊杰.類Y型通風方式在突出礦井中的應用分析[J].煤炭工程，2005:29-30.

[3] 胡千庭.采空區瓦斯流動規律的CFD模擬[J].煤炭學報，2007(7):719-723.

[4] 高建良,劉佳佳,張學博.采空區滲透率對瓦斯運移影響的模擬研究[J].中國安全科學學報,2010(9):9-13.

[5]吳世躍,郭勇義.“Y”型通風方式治理高產綜采面瓦斯的研究[J].西安科技學院學報2001(9):205-207.

Comparative Analysis on Gas Control Effect of U+L Ventilation and Y Ventilation

LI Qing-yuan1,LIU Yang2,LI Jin-peng1,WU Shi-yue2
(1.Huajin Coking Coal Corporation,Lishi Shanxi 033000;2.College ofmining Engineering,Taiyuan University of Technology,Taiyuan Shanxi 030024)

In themined-out areas,theoretical and numerical simulation comparative analysis on gas flow law with U+L ventilation and Y ventilation are conducted.The Y ventilation benefits are indicated by gas control effect comparison of U+L ventilation of fully-mechanizedmining face in the early stage and Y ventilation of gob-side entry retaining in the later stage of No.24202Shaqumine.Finally,combined with the actual situation,the suggestions for future are presented.

ventilation system;gas control;gob-side entry retaining

TD725

A

1672-5050（2012）08-0044-03

2012-04-02

李慶源（1960—），男，山東歷城人，專科，通風安全工程師，從事礦山通風安全工作。

徐樹文