下行通風在西峪煤礦的應用實踐

張志斌，王 飛

（1.太原西峪煤礦，太原 030021；2.太原理工大學 礦業工程學院，太原 030024）

1 礦井概況

太原西峪煤礦年產1.2 Mt，采用中央邊界抽出式通風系統，由主、副井進風，奧子腦風井回風。礦井總進風量8 600 m3/min，總回風量8 860 m3/min。主、備均為GAF25-13.3-1型扇風機，電機功率1 250 kW。回采工作面采用“U”型通風方式，設計配風量1 350 m3/min。礦井絕對瓦斯涌出量13.63 m3/min，相對瓦斯涌出量4.41 m3/min。煤塵有爆炸性，煤層自燃傾向性為Ⅲ類，煤層瓦斯含量3.515～5.059 m3/t，煤層瓦斯壓力0.43 MPa，鉆孔瓦斯流量衰減系數0.073～0.115 d-1，煤塵透氣性系數1.798 m2/MPa2·d，屬于較難抽放煤層。

礦井采用采區前進式開采、傾斜長壁后退式和走向長壁后退式采煤法，巷道均用錨桿和錨索支護、全部垮落法管理頂板。近年來，隨著礦井采煤方式由原來的普采及炮采轉變為綜采一次采全高和綜采放頂煤開采，工作面瓦斯涌出發生了變化，引起上隅角瓦斯濃度升高、生產過程中常常超限，需要設法保證安全生產。

2 西峪煤礦使用下行通風之前瓦斯治理存在的問題

西峪煤礦回采面一直采用“U”型上行通風。其缺點是：上行風時采空區涌出的瓦斯大多從上隅角涌出，由于浮力因素不易和空氣混合，上隅角處易形成渦流，造成通風不暢，經常導致上隅角瓦斯超限。

2.1 回采期間存在的問題

回采面上隅角瓦斯管理先后采用了掛風幛、調整工作面配風、調整通風方式為U+L型、抽出式風機抽排上隅角瓦斯、利用移動瓦斯抽放泵站抽放上隅角及采空區瓦斯等方式。分析上述方法，存在以下缺陷：①掛風幛為臨時采取的措施，掛設方式人為性很大，很不穩定，只適用于瓦斯較小的工作面。②調整工作面配風沒有針對性，且需經常改變。③采用U+L型通風方式，需在工作面外側建一條與回風巷平行的尾巷，增加了掘進量。由于尾巷壓力大、長期不能正常維修，導致失修嚴重、維修難度大，下一個工作面無法使用，影響了采掘銜接。由于對回風巷與尾巷的貫眼間距把握不準，調整不及時會導致瓦斯超限。尾巷內的通風不穩定，瓦斯濃度較高，管理存在隱患。④抽出式風機抽排上隅角瓦斯，由于受抽出式風機防爆性能影響，安全性差、且抽排量小，只適用于瓦斯較小的工作面；風機裝在回風巷內，管理難度大。⑤開采煤層屬難抽放煤層，利用移動瓦斯抽放泵站抽放上隅角及采空區瓦斯，受抽放方式影響，抽放率較低，效果不明顯。

由于瓦斯治理措施存在上述問題，上隅角瓦斯超限一直得不到有效解決。3516、6607回采工作面由于瓦斯超限處理難度大、上隅角頻繁超限，導致工作面提前回收；其他工作面上隅角也有瓦斯超限現象。

2.2 回收期間存在的問題

1）西峪煤礦綜采面通常采用的回收方法是：在原切眼內提前做一高2.4 m，寬3 m的撤架巷,該巷每隔3～6 m視情況打一木垛（2 m×2 m，板料0.2 m×2 m），配小木棚子護頂，木架不回收以保證撤架巷風路暢通，當壓力大或頂板破碎時，視情況再增加點柱或木垛。若因撤架巷冒頂、風路不暢時，需在工作面進風巷與切眼交匯處構筑一道密閉，并在回風聯絡巷安裝局扇，利用風筒經工作面回風巷將風流送至回收處。若因風量不足造成上隅角瓦斯超限，則將風筒出風口引至工作面上隅角上風側10～20 m，以增大風量，稀釋上隅角的瓦斯。

這種通風方式存在的隱患是：回收后的工作面空間架木垛支護，利用其空間進行通風保證工作面設備回收。由于頂板的垮落，使得通風風量很不穩定，瓦斯隨風流通過采空區從上隅角處涌出，很易造成瓦斯超限。回收開始后由于通風系統被破壞，依靠局扇風量，很難稀釋上隅角涌出的瓦斯、造成瓦斯超限。綜采面由于回收時需保證設備的運輸，但空間狹窄，風機、風筒很難安裝，對安全造成很大隱患。回收時設備處于采空區下風側，尤其是在上隅角處安裝一部絞車，從采空區涌出的瓦斯隨風流帶入設備空間，造成瓦斯濃度增高甚至超限，影響設備正常運行。由于回收方向與風流方向一致，作業人員始終在回收地點下風側，人身安全難保。因此，利用上述通風方式回收有其隱患。

3 下行通風降低上隅角瓦斯濃度的可行分析

解決上隅角瓦斯積聚、降低上隅角瓦斯涌出量是首要關鍵。根據現場實踐分析，下行通風可解決上隅角瓦斯問題，且下隅角不會積聚瓦斯[1]，原因如下：

1）回采工作面上隅角瓦斯涌出量受采空區漏風量影響，采空區漏風量由工作面采空區兩端的壓差決定，而工作面采空區兩端壓差受工作面上、下隅角處的高差、溫差影響。下行通風時，工作面下隅角為回風側，溫度較高，與采空區溫差較小，可減少下隅角與采空區間的風壓差；由于下行通風時風流方向與自然風壓相反，采空區自下而上的自然風壓也可抵消一些采空區漏風風壓，故工作面與采空區的總壓差小于上行通風。因此下行通風時采空區的漏風量小于上行通風，從采空區帶出的瓦斯小于上行通風。瓦斯涌出量要低于上行通風。故上隅角瓦斯積聚量減小。

2）下行通風時，由于其風流方向與瓦斯浮力方向始終相反，故風與瓦斯之間的相對運動速度加大，兩者混合能力增強，瓦斯更易和空氣混合，更易于吹散和稀釋瓦斯，減少瓦斯積聚[2]。根據以上原因和實地考察，最終提出通風系統調整為下行通風解決瓦斯問題。

4 使用下行通風后的效果

1）工作面設備回收時調整為下行通風后，上隅角及回風流瓦斯濃度一直保持0.2%～0.5%，實現安全回收。

2）下行通風在設備回收取得成功后，又在幾個回采面試驗，均取得了較好效果，工作面上隅角及回風流瓦斯濃度大幅降低。根據測定，上行通風時上隅角瓦斯濃度1.0%以上，下行通風時最高0.49%～0.7%。從現場試驗看，下行通風是解決回采工作面上隅角瓦斯超限的較有效的一種通風方式。

5 下行通風的優點及存在的問題

1）工作面設備回收采用下行通風時，人員與設備均在進風側，避免了瓦斯積聚的隱患，減少了回風隅角瓦斯積聚，已成西峪礦回采工作面設備回收的首選通風方式。

2）下行通風時處理上隅角瓦斯積聚在低瓦斯區效果明顯，但上隅角瓦斯濃度高時還需其他措施聯合使用。實踐表明，上隅角瓦斯濃度最高在1.5%～2%以下時，改為下行通風可降至0.8%以下；上隅角瓦斯濃度達到3%時改為下行通風其濃度也在1.0%以上。

3）下行通風時處理上隅角瓦斯積聚對綜采一次采全高工作面效果明顯，但對綜放工作面則由于后部溜子瓦斯不穩定需謹慎使用。實踐表明，下行通風對綜放工作面后部溜子空間瓦斯濃度降低不明顯。根據經驗，上行通風時工作面瓦斯涌出明顯變化界點在后15架，此后瓦斯濃度較前有明顯增大；而下行通風瓦斯涌出明顯變化界點在后30架，此后瓦斯濃度較前有明顯增大。其原因是：①可能在下行通風時通風動力減小或通風不暢，引起漏風帶寬度增加。據實測，下行通風漏風帶可由上行通風的15 m增至20～30 m。②可能是后部溜子空間范圍內通風不暢、風量較小，不足以帶走此處積聚的瓦斯。

4）下行通風時處理有上覆采空區瓦斯涌出時有利于上行通風，主要是因其風流 方向與瓦斯浮力相反，下行風流不會漏入采空區與積聚的瓦斯混合并帶出瓦斯。但在鄰近層有未解放層時由于其瓦斯大量涌入采空區，導致回風隅角瓦斯增大，而與上行通風相比變化不大。

5）下行通風在本煤層煤壁涌出瓦斯較小、工作面瓦斯主要為采空區涌出時，效果明顯；但在煤壁涌出瓦斯較大時，效果則不明顯。

6）下行通風時，按常規一般采用下行同向運輸，機電設備布置在回風流，加大了管理難度。本礦采用了下行逆向運輸，利用進風巷運輸，解決了這一隱患。

7）為便于工作面及時調整風流方向，西峪礦在工作面掘進期間，在進風、回風巷各設聯絡巷并與采區回風巷相通。

8）工作面配風必須合理。當工作面配風較小、風速較低時，易造成瓦斯積聚，尤其是綜放工作面后部溜子空間最為明顯；因此，必須加大工作面風量。再者，下行通風阻力大于上行通風，配風相對困難，調整通風系統之前，必須結合采區通風系統考慮。

9）下行通風時采空區滯留瓦斯濃度高。現場實測，上隅角處采空區瓦斯濃度最高曾達9%；下行通風時采空區漏風不穩定，可能引起采空區瓦斯經常變化，必須加強采空區瓦斯管理、監測。

10）加強上隅角管理。采空區回柱要放齊，否則易形成渦流，造成瓦斯積聚。放頂煤工作面必須加強放頂工作，機尾放頂煤效果不好，對漏風帶寬度增加有明顯影響。生產過程中，要及時掌握工作面兩條順槽高差的變化情況。當兩條順槽高差發生變化，引起下行通風變為上行通風時，要及時采取措施。實際工作中，下行通風要與其他瓦斯治理措施結合使用。