大U套小U兩進兩回通風方式在岳城礦的應用分析

趙 亮

山西煤炭進出口集團公司通風部，山西太原 030006

0 引言

本著建設高產高效節約型、打造精品化礦井的目標，岳城礦針對3#煤層瓦斯含量高，結合工作面走向長壁分層開采的采煤方法及采煤工藝，預測回采工作面在回采過程中工作面落煤及采空區瓦斯涌出量較大的情況下，借鑒鄰近礦井寺河礦、成莊礦回采工作面通風布置方式，多方論證，優化對比，最終確定工作面大U 套小U 兩進兩回的通風方式。

1 岳城煤礦概況

1.1 礦井概況

岳城煤礦位于晉城市沁水縣鄭村鎮趙莊村西北側1.2km處，距晉城市約60km，距沁水縣城約50km。井田位于沁水煤田中部，礦井北部為寺河煤礦，西部和南部分別與南河灘、夏荷、候村和長畛四礦搭界，東部毗鄰成莊礦井。西距侯馬—月山鐵路嘉峰集運站、陽城—端氏一級公路10km，交通較為便利。

岳城煤礦設計生產能力為0.9Mt/a，井田面積6.61km2。井田水文地質構造簡單，可采煤層為上石炭統太原組和下二疊系山西組3#、9#、15#三層，礦井工業儲量為7778.2 萬噸，可采儲量為4608.2 萬噸，服務年限為39.3 年。目前礦井單水平開拓開采3#煤層，3#煤平均厚度6.1m，屬無煙煤。

礦井共布置有四個井筒，即主斜井、副斜井、專用進風斜井、回風立井。通風方式為中央并列式，通風方法為機械抽出式，其中主斜井、副斜井、專用進風斜井為進風井，回風立井承擔整個礦井的回風任務。回風立井安設兩臺型號為FBCDZ-8-No.32 對旋式主扇，配套電機功率為2×710kW，一用一備，礦井總回風量11 500m3/min，主扇運行負壓1 780Pa，礦井等級孔為5.41m2，為通風容易型礦井。

建井初期，岳城煤礦3#煤層瓦斯含量測定為14.54m3/t，屬高瓦斯礦井。井田內3#煤層為三類不易自燃煤層，煤塵無爆炸危險性。

岳城煤礦2009 年礦井瓦斯等級鑒定瓦斯涌出量156.9m3/min，鑒定結果為高瓦斯礦井。

本著建設高產高效節約型、打造精品化礦井的目標，岳城礦最終確定工作面采煤方法為走向長壁分層開采，采煤工藝為綜合機械化開采，頂板管理為直接垮落法。自2008 年礦井投產至現在，岳城礦已順利回采1301（上）及1302（上）工作面，目前正在回采1303（上）工作面，并且礦井也完成了當年投產，當年達產的目標。

1.2 工作面通風方式

1301（上）綜采工作面是該礦首采工作面，針對3#煤層瓦斯含量高，結合工作面采煤方法及采煤工藝，在回采過程中瓦斯涌出量預計較高。因此，在加強工作面瓦斯抽采達標的基礎上，岳城礦深入開展采面巷道布置形式和通風系統的調研工作。鄰近寺河礦、成莊礦回采工作面為一次采全高大采高綜采工作面和放頂煤綜采工作面，且兩礦3#煤層瓦斯含量均低于岳城礦，兩礦的通風方式盡管對岳城礦有一定的借鑒意義，但由于岳城礦走向長壁分層開采的采煤方法決定了采空區的瓦斯涌出量會遠遠大于兩礦，且岳城礦的規模和寺河、成莊相比較小，盲目的套用兩礦三進兩回大斷面大風量通風方式顯然會造成大量的煤柱煤丟失，因此，本著建設高產高效節約型礦井的目標，其采煤工作面通風方式不是太適合岳城礦；而相鄰地方煤礦當時回采工作面多為滑移支架炮采工作面和目前岳城礦綜采工作面采煤工藝不同，采面通風系統無現成的經驗可以借鑒。岳城礦經多方論證，優化對比，最終確定了首采工作面的巷道布置形式和通風方式。

工作面從左到右共布置有四條順槽巷道，分別為1201巷、1202 巷、1204 巷、1203 巷。其中1203 巷、1204 巷與礦井東翼軌道巷、東翼皮帶巷連接，為工作面進風順槽，1201巷、1204 巷分別與東翼回風巷連通，承擔工作面的回風任務。1201 巷、1203 巷通過工作面切眼后方尾巷連通，構成了工作面外圈的大U 系統；1202 巷、1204 巷連通工作面切眼構成了工作面的小U 系統。

1301（上）回采工作面巷道布置形式和通風方式如圖所示。

2 大U 套小U 兩進兩回通風方式應用分析

2.1 1301(上)工作面回采期間風量分配及瓦斯涌出情況如下表

瓦斯涌出量（m3/min）1203 進風巷 2200 0.12 2.64 1204 進風巷 1600 0.18 2.88 1301 工作面 1600 0.42 6.62工作面上隅角 400 0.4 1.6回風聯絡巷口 2600 0.8 20.8切眼尾巷 2200 0.3 6.6 1201 回風巷 2600 0.85 22.1 1202 回風巷 1200 0.6 7.2巷道名稱 配風量（m3/min）瓦斯濃度（%）

從上表可知，工作面落煤期間瓦斯涌出量為4m3/min，占整個工作面瓦斯總涌出量的13.79%；

采空區瓦斯涌出量較大，為13m3/min，占整個工作面瓦斯總涌出量的44.82%；

四條順槽巷道累計涌出量為12m3/min，占整個工作面瓦斯總涌出量的41.39%；

工作面風排瓦斯總量為29m3/min，占整個礦井瓦斯總涌出量的56%。

2.2 工作面瓦斯來源分析

1）工作面自2008 年10 月7 日試生產以來，工作面煤體經順層鉆孔預抽及切眼初采推進段加強預抽后，落煤期間工作面瓦斯涌出量較小為4m3/min；

2）工作面采空區瓦斯涌出量較大，主要原因為3#煤層上分層開采后，下分層由于解放，煤體中大量的吸附態瓦斯轉化為游離態瓦斯，是采空區瓦斯涌出的主要來源；另外3#煤層頂板及鄰近1#、2#煤層和上覆瓦斯巖層的冒落是采空區瓦斯涌出的又一個重要來源；

3）由于工作面的回采和采空區的垮落，工作面周邊煤體大量的瓦斯通過順槽巷道及工作面切眼后方尾巷的煤壁、底板運移至順槽巷道中，這也是工作面瓦斯涌出的一個重要組成部分。

2.3 大U 套小U 兩進兩回通風方式的應用效果與原理

2.3.1 大U 套小U 兩進兩回通風方式的應用效果

1301（上）綜采工作面從開始回采到結束，由于工作面無特殊地質構造影響，工作面日產量平均3000t 左右，最高日產量達3700t。僅在初次老頂來壓時，上隅角瓦斯超限一次，瓦斯濃度最高達3.2%，其它均在正常控制范圍內。由此說明，此種工作面通風方式較為適合岳城礦工作面采煤方法及采煤工藝的通風要求，能提供可靠穩定的風量，并能有效解決上隅角及采空區的瓦斯涌出問題。

2.3.2 大U 套小U 兩進兩回通風方式的應用原理

如上圖所示，該通風系統為兩個相對獨立又相互影響的U型通風系統。其中工作面里圈小U 系統主要承擔工作面正常回采的供風任務；外圈大U 系統承擔工作面采空區抽放、聯絡橫川密閉施工、備用工作面預抽工作以及上隅角通往聯絡橫川采空區瓦斯稀釋風量需求。大U 系統和小U 系統通過兩條進風巷中部聯絡橫川可以進行工作面切眼和尾巷之間的風量調節工作，真正實現工作面的以風定產；利用工作面回風側采空區后方聯絡橫川，使工作面負壓點向后移，采空區漏風原來涌向上隅角。采取后部通風后，大量采空區及上隅角的瓦斯通過后部橫川流向后部回風巷道，上隅角瓦斯大大降低，通過風流有效控制采空區瓦斯通過上隅角涌向工作面，保證工作面的安全正常回采。

2.4 大U 套小U 兩進兩回通風方式的應用優點

2.4.1 供風量大，通風設施施工安全系統數高

相比傳統的U 通風系統及U+L 型通風系統，該系統具有風量大、工作面上隅角瓦斯不宜積聚以及采空區聯絡橫川密閉施工方便、采空區瓦斯抽放工作管理方便等諸多優點。工作面最大供風量可達5 000m3/min，較傳統U 型通風系統，兩進兩回系統風量可增加許多，能有效緩解工作面瓦斯涌出量大的壓力；閉墻施工處于全風壓風流中，風量可靠穩定，施工安全系數高；采空區抽放管路在工作面整個回采期間始終處于全風壓風流中，有利于采空區瓦斯抽放的控制與調節。

2.4.2 可以實現工作面風量合理配置

該通風系統可以通過兩回風巷間上隅角通道橫川、下一個通風開路橫川、回風巷口的調節風窗進行風流有效控制合理來分配風量，且大U 系統和小U 系統通過兩條進風巷中部聯絡橫川進行回采工作面和尾巷之間的風量調節，實現大U 與小U 間合理的風量分配；利用工作面回風側采空區后方聯絡橫川通過風流有效控制采空區瓦斯通過上隅角涌向工作面，保證工作面的安全正常回采。

2.4.3 可以避免形成盲巷，減少瓦斯排放

大U 套小U 兩進兩回通風方式是由兩個相互關聯又相互獨立的通風系統組成，相比較U+L 型通風系統或者是無后切眼的兩進兩回通風系統，大U 套小U 兩進兩回通風系統在工作面的整個回采過程中，外部大U 均處在全風壓風流中，因此，不會形成盲巷，工作面每推進一個橫貫在回風側巷道也無須砌筑密閉，減少了下一個工作面通風系統調整時的瓦斯排放工作。

2.4.4 提前對下一個工作面瓦斯鉆孔進行施工，增加瓦斯預抽采時間，提高工作面抽采率，形成礦井正常的抽掘采銜接

大U 套小U 兩進兩回通風系統在工作面的整個回采過程中，外部大U 均處在全風壓風流中，內部小U 為工作面出煤系統，因此，可以在巷道掘進或者在工作面回采期間在外部大U 兩條巷道中，對正回采工作面的兩側部署工作面施工順層鉆孔，提前對部署工作面煤體瓦斯進行預抽采，增加瓦斯預抽采時間，提高工作面抽采率，形成礦井正常的抽掘采銜接。

3 結論及建議

大U 套小U 兩進兩回通風方式的適用范圍及條件：

1）對于瓦斯涌出量較大，需風量大的工作面較為適用。

從上述大U 套小U 兩進兩回通風方式在岳城礦的應用效果分析來看，該種通風方式主要適用于由于工作面煤體透氣性系數、瓦斯衰減系數小而產生的抽采效果不理想，卻在機組割煤或者在放頂煤情況下隨著煤體的破碎大量吸附瓦斯解析涌出工作面，或者分層開采時由于壓力平衡破壞未采層的大量吸附瓦斯也涌出工作面，致使工作面、上隅角瓦斯難以解決的礦井。

2）適用于需要進行施工本煤層鉆孔進行預抽采的工作面。

對于本煤層瓦斯含量高，需要對本煤層煤體瓦斯施工鉆孔進行預抽采的工作面，如果礦井又具有煤與瓦斯突出危險，而采用本煤層鉆孔進行區域消突的礦井，采用大U 套小U 兩進兩回通風方式，不僅可以提前對下一回采工作面及預掘順槽煤體瓦斯進行預抽采，且外部大U 均處在全風壓風流中，施工鉆孔工作也一直在全風壓風流中施工，不易產生瓦斯積聚。

3）不適合于有發火自燃傾向的礦井。

由于此通風方式，部分風量要人為的進入采空區，且由于負壓點的后移，致使在機尾段采空區不可避免的要有空氣進入，對于發火期短的煤層來說會產生很不利的作用，因此，要在有自燃傾向的煤層中使用該通風方式，必須制定嚴格可行的防滅火技術措施和安全措施。

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