霍爾辛赫煤業Y型通風治理瓦斯的可行性分析

景剛剛

（山西霍爾辛赫煤業有限責任公司，山西 長治 046600）

煤炭工業的大采高大跨度工作面成為行業趨勢，但是高產高效工作面的瓦斯涌出量也隨之增大、受瓦斯超限問題影響。采用何種通風方式，能夠有效降低回風流瓦斯濃度、解決上隅角瓦斯超限問題，將是煤礦安全生產的重要環節。

1 采空區的瓦斯分布規律和移動特征

1）表1是采用分源預測法間接算出的山西霍爾辛赫煤業礦井采空區瓦斯涌出比例情況，表中采空區瓦斯涌出量均占整個礦井總涌出量的30%以上（有時可達40%），增加了礦井通風負擔和潛在安全隱患，必須深入了解采空區瓦斯的分布規律和移動特征，采取可靠有效方法、保障井下作業安全。冒落帶。處于彎曲下沉帶內的煤巖體并未完全破壞，僅僅呈現整體彎曲下沉，其瓦斯滲入至采空區的量是很低的。裂隙帶煤巖體中的瓦斯在壓力作用下通過貫通裂隙進入采空區，大量聚積在采空區頂板附近處于冒落帶的煤巖體由于垮落使瓦斯直接進入采空區[1]。

3）采空區煤巖塊之間的空隙分為：采動空隙和原有裂隙。采動空隙一般間距較大，與工作面采高、冒落帶巖性、節理構造等因素有關。原有裂隙只與煤巖性質和原始地應力有關，可視為均勻分布。盡管大量的采動空隙與原有裂隙構成了采空區內很復雜的氣體流動網絡，但從宏觀來看，采動空隙是瓦斯流動的最主要通道，通常認為采空區瓦斯在風流作用下經采動裂隙涌入到工作面和回風巷中，采空區內瓦斯氣體的運移主要表現為煤巖體內的解吸、擴散、滲透和在采動空隙間的紊流[2]。

表1 采空區瓦斯涌出量占整個礦井瓦斯涌出量的比例 %

2）采空區主要由工作面少量遺煤、頂板垮落巖塊、受開采擾動影響從本工作面四周煤巖體涌入到采空區的解吸瓦斯，以及煤巖塊之間的空隙組成。由于本煤層開采打破了原始地應力的平衡，造成圍巖應力重新分布，工作面四周煤巖體向采空區發生移動變形，此時四周煤巖體經卸壓后圍巖裂隙變大，透氣性顯著增加，解析瓦斯通過圍巖裂隙大量滲入到采空區，尤以上覆巖層瓦斯滲入更為突出。上覆巖層經卸壓后，從上往下依次形成彎曲下沉帶、裂隙帶、

2 單U型通風工作面的采空區瓦斯涌出分析

單U形通風中，新鮮風流從進風巷進入到采場，稀釋并帶走采場內大部分粉塵和有毒氣體，污濁風流經回風巷流入專用回風大巷排出；但在實際通風中，新鮮風流由進風巷進入采場時，不可避免地將有小部分風流漏入采空區中，形成漏風流（見圖1）；這股風流會把采空區中的瓦斯經采動空隙從上隅角帶出，引起上隅角瓦斯超限，造成回風巷中的瓦斯濃度增大，影響到工作面安全高效生產。

圖1 單U型通風風流方向

山西霍爾辛赫煤業采用這種通風方式，目前開采煤層瓦斯含量較低，通風量尚能滿足需求。根據監測數據，回風流瓦斯濃度最高已達0.69%，隨著開采深度遞進，瓦斯涌出量會增加，回風流瓦斯濃度必然超限，需要改善通風系統，增加風量或抽采瓦斯。

3 雙U型通風工作面的采空區瓦斯涌出分析

雙U型通風是在原有單U型通風基礎上再增加了一個U型通風，兩個U型巷道之間用聯絡巷貫通，兩條巷道進風，兩條巷道回風。整體通風能力加強（見圖2），漏風流在采空區形成分支，一股流入回風巷，一股流入瓦排巷，有效降低了回風流瓦斯濃度，上隅角瓦斯問題得到緩解，實現了對采空區瓦斯涌出和上隅角瓦斯超限的有效治理[3]。雖然雙U型通風對采空區瓦斯涌出治理有一定效果，但是每回采一個工作面需要掘進4條順槽，掘巷工程量大、工期長，且兩條巷道之間需留設煤柱，造成煤炭資源損失。

圖2 雙U型通風風流方向

4 Y型通風工作面的采空區瓦斯涌出分析

1）Y型通風的采空區風流特征：見圖3，主進風巷的進風流一些風流通過回采工作面，稀釋本煤層瓦斯，并流入沿空回風巷，另一些風流經采空區空隙有序地向沿空回風巷漏風，使采空區瓦斯直接進入沿空回風巷。副進風巷進風流的作用主要是為驅散工作面上隅角瓦斯，并有稀釋沿空回風巷瓦斯濃度的作用，避免了像U型通風方式那樣采空區瓦斯集中涌向工作面上隅角。

圖3 Y型通風風流方向

2）Y型通風的適用性分析：根據Y型通風主、副進風巷的作用，推導出其配風量算式[4]：

式中：Qz為主進風巷配風量，m3/min；Qf為副進風巷配風量，m3/min；Qh為總配風量，m3/min；Qc為工作面絕對瓦斯涌出量，m3/min；K1為瓦斯涌出不均衡系數，一般取1.2～2.1；K2為采空區漏風率，一般取10%～30%；K3為通風方式系數，反映采空區瓦斯涌向工作面的百分率，Y型通風K3=0.2，U型通風方式為1；a為煤壁及落煤涌出比率，一般取60%～40%；b為采空區瓦斯涌出比率，一般取40%～60%；C1為回采面瓦斯允許濃度，%；C2為沿空回風巷瓦斯允許濃度，% ，以上各參數在有實測值情況下均取實測值。由式（2）看出：①只有b值較大，采空區瓦斯涌出比率較高時才有意義，否則副進風巷配風量就為負值，這顯然是不合適的。從通風角度講，采空區瓦斯涌出很小時，采用Y型通風沒有必要，U型通風就能滿足需求。②沿空回風巷允許瓦斯濃度與回采面相同時，C2-C1=0；Y型通風方式的主要作用是避免回采面上隅角瓦斯積聚超限。當C2-C1＞0，沿空回風巷允許瓦斯濃度高于回采面時，將沿空回風巷視為專用排瓦斯巷，才能真正提高Y型方式的通風能力和稀釋排除瓦斯的能力。因此，采用Y型通風方式（相較于U型通風或雙U型通風），巷道掘進量少，有利于提高資源回收率和綜合經濟效益[5]；不足之處在于沿空回風巷維護較困難。

5 結論

分析了單U型通風、雙U型通風、Y型通風的采空區風流特征。當采空區瓦斯涌出量低時，采用單U型通風更合理。當采空區瓦斯涌出量較大時，采用U型通風容易造成回風流瓦斯超限、嚴重影響礦井安全生產，此時采用雙U型通風或Y型通風更合理。雙U型通風可有效降低回風流瓦斯濃度，緩解上隅角瓦斯超限問題，但巷道掘進工程量大，浪費人力、物力和財力。Y型通風可從根本上完全消除工作面上隅角瓦斯超限威脅，在較低通風量時亦能保障礦井安全生產。隨著礦井開采深度增加，潞安集團大多礦井都會面臨瓦斯治理問題，嘗試采用Y型通風解決采空區瓦斯涌出問題，值得參考。

[1]盛燕宇.論采空區瓦斯分布規律及瓦斯抽采方法的研究[J].科技創新導報，2012（10）:5.

[2]林柏泉，周世寧，張仁貴.U型通風工作面采空區上隅角瓦斯治理技術[J].煤炭學報，1997（10）:509-513.

[3]吳玉國，鄔建明，王俊峰,等.雙U型通風系統綜放開采采空區瓦斯分布規律[J].煤炭學報，2011（10）:1704-1708.

[4]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].西安科技大學學報，2001（9）:205-207.

[5]楊曉紅，馬步才，樊少武.沿空留巷Y型通風瓦斯治理效果分析[J].煤炭科學技術，2011（7）:46-48.