車寨礦井采煤工作面通風方式的比選和確定

劉建兵

（山西晉城煤業(yè)集團 古書院礦，山西 晉城048000）

車寨礦井位于山西省沁水煤田晉城國家規(guī)劃礦區(qū)，由原賈寨井田和原車山井田整合而成，井田面積22.50km2，開采3號煤層，煤層厚度4.86～6.46m，平均5.81m，煤炭資源儲量190.94Mt，可采儲量75.38Mt。礦井設計生產能力1.50Mt／a，采用放頂煤一次采全高采煤方法，屬高瓦斯礦井，煤塵沒有爆炸危險性，煤層不易自燃。礦井初期布置主立井、副立井、回風立井共3個井筒，中央并列式通風。

1 工作面通風方式應滿足以下要求

1）采煤工作面要有足夠的風量，能夠滿足放頂煤一次采全高采煤方法的需要。

2）通風方式能有效控制工作面風流方向，使工作面漏風少，風流穩(wěn)定性高。

3）能有效解決采煤工作面上隅角瓦斯積聚問題。

4）有利于采煤工作面瓦斯抽采工作的進行。

5）有利于處理和控制采煤工作面發(fā)生的事故。

2 工作面通風方式的提出

車寨礦井3號煤層厚度4.86～6.46m，平均5.81m，賦存平緩穩(wěn)定，儲量豐富，煤質優(yōu)良。礦井水文地質條件中等，煤層不易自燃，煤層中甲烷含量為1.30～7.18ml／g，平均為4.55ml／g（干燥無灰基），預測3號煤層瓦斯含量為6.18～10.20m3／t，屬高瓦斯礦井，采用放頂煤一次采全高的采煤方法，提出“U＋L型”、“雙U型”、“Y型”三種通風方式〔1〕。

2.1 “U＋L型”通風方式

“U＋L型”通風方式是由一條進風巷、一條回風巷和一條專用排瓦斯尾巷組成，尾巷與回風巷之間每隔100m施工一橫川并予以封閉。隨著工作面的推進，將滯后于工作面的橫川依次打開，使采空區(qū)和上隅角高濃度瓦斯在采空區(qū)漏風風流帶動下通過橫川排到專用排瓦斯尾巷。由于橫川與專用排瓦斯尾巷呈“L型”，并與“U型”通風系統(tǒng)配合使用，稱為“U＋L型”通風方式〔2〕（見圖1）。

圖1 “U＋L型”通風方式

2.2 “雙U型”通風方式

“雙U型”通風方式即在工作面正常“U”型通風系統(tǒng)的基礎上，在外側增加一組順槽巷道環(huán)繞工作面的布置形式。工作面回風側布置一條回風巷、一條軌道巷兼回風巷，進風側布置一條工作面運輸巷和進風巷，同時在工作面開切眼后方20m處布置一條通風巷兼支架安裝巷，形成兩個相對獨立的“一進一回”通風系統(tǒng)，即“雙U型”通風系統(tǒng)。待首采工作面回采完畢，保留首采工作面回風巷，并將上工作面進風巷改造為下一工作面的軌道巷兼回風巷。下一工作面進風側巷道及開切眼、通風兼支架安裝巷同首采工作面，形成“大U套小U”的通風模式（見圖2）。

圖2 “雙U型”通風方式

2.3 “Y型”通風方式

根據(jù)淮南和沙曲礦井應用情況“Y型”通風系統(tǒng)可分為沿空留巷“Y型”通風系統(tǒng)和底板回風巷“Y型”通風系統(tǒng)。根據(jù)本礦下組煤層的賦存情況，由于底板回風巷“Y型”通風系統(tǒng)存在巖石工程量大、投資高的問題，所以選擇沿空留巷“Y型”通風系統(tǒng)〔3〕。具體布置為：首采工作面布置兩條順槽，一條為運輸順槽，另一條為軌道順槽，均為進風巷，同時布置下一個工作面的運輸順槽及開切眼。首采工作面回采時將首采工作面軌道順槽沿空留設，作為下一個工作面的軌道順槽使用，回采工作面兩條順槽進風，乏風經軌道順槽沿空留設部分到下一個工作面順槽，形成工作面“Y型”通風系統(tǒng)（見圖3）。

圖3 “Y型”通風方式

3 各種通風方式的比較

3.1 “U＋L型”通風方式

優(yōu)點：

（1）風流自進風巷流入采空區(qū)，然后攜帶瓦斯進入回風巷和專用排瓦斯巷，這樣可減少工作面回風流中瓦斯含量，同時可避免上隅角瓦斯超限。

（2）工作面切眼以里的回風橫川為采空區(qū)瓦斯提供了出路，采空區(qū)高濃度瓦斯從回風橫川流入專用排瓦斯尾巷。另外起效時間早，橫川進入切頂線后即可發(fā)揮作用。

（3）排瓦斯尾巷在不作回風用時，可在巷內施工鉆孔，鋪設抽放瓦斯管路，進行瓦斯抽放。

缺點：

（1）隨著工作面的回采，切頂線后的回風橫川距離工作面的距離會越來越遠。當工作面頂板垮落后，通風阻力加大，通過回風橫川的風量會逐漸減小，帶走的瓦斯也在減少，上隅角又會出現(xiàn)超限現(xiàn)象，必須及時開啟新的橫川進行接替，造成橫川之間距離必須保持在50m左右。

（2）當使用尾巷作為專用排瓦斯巷時，如果回風橫川以里段不使用局部通風機通風，就會有盲巷出現(xiàn)，一旦管理不到位，會有高濃度瓦斯積聚，存在很大的安全隱患。

3.2 “雙U型”通風方式

優(yōu)點：

（1）用雙巷進風，雙巷回風，同時還利用第一切眼通過全負壓給尾巷配風，通過增加瓦斯尾巷的配風量，提高風速，有效稀釋了尾巷內瓦斯?jié)舛龋岣吡斯ぷ髅娴目篂哪芰Γぷ髅姘踩暂^好。

（2）工作面瓦斯抽采和采空區(qū)瓦斯抽采位于不同的兩個工作面巷道內，相互間和輔助運輸無影響。

（3）改善了工作面環(huán)境，工作面過風量減少，風速減低，減少了工作面的煤塵飛揚，同時瓦斯和粉塵都通過上隅角經橫川進入第二個“U”形進風巷，順風流流向回風巷，從而改善了整個工作面及兩巷的生產環(huán)境。

（4）由于工作面順槽需要雙巷布置，所以相對沿空留巷“Y型”通風方式，采用“雙U型”通風，巷道維護工程量較小。

缺點：

（1）工作面巷道布置較為復雜，巷道工程量大，投資高。

（2）工作面間煤柱大，采區(qū)采出率較低。

3.3 “Y型”通風方式

優(yōu)點：

（1）配給工作面的風流分為兩部分，大部分由工作面運輸巷進入工作面，小部分由工作面軌道巷進入工作面上隅角，兩風流在工作面上隅角匯合稀釋瓦斯后進入下一工作面順槽巷道，加上由于工作面最低風壓點位于沿空回風巷末端，從面消除了上隅角瓦斯積聚現(xiàn)象，對瓦斯管理和安全生產極為有利。

（2）工作面巷道布置簡單，回采巷道工程量小，投資省。

（3）沿空段回風巷可供相鄰工作面復用，基本實現(xiàn)了無煤柱開采，降低了掘進率，提高了采區(qū)采出率。

（4）對于綜采工作面，運輸巷和軌道巷均是新鮮風流，有利于兩巷機電設備管理。

缺點：

（1）沿空留巷技術難度較大，增加了巷道維護成本。（2）接替工作面瓦斯抽采和工作面運輸設備處于同一個工作面巷道，相互影響較大。

4 回采工作面通風方式的確定

“U＋L型”通風方式是將工作面瓦斯從回風巷和專用排瓦斯尾巷兩個方向排出，根據(jù)經驗，從回風巷排出的瓦斯量可達5～6m3／min，從尾巷排出的瓦斯量可達7～8 m3／min，對于開采厚煤層或復合煤層，并且難以實施井下瓦斯抽采措施時非常適宜，但從安全角度考慮，為了避免專用排瓦斯尾巷，通風橫川以里段盲巷出現(xiàn)高濃度瓦斯積聚的嚴重隱患，決定舍棄這種通風方式。

“Y型”通風方式雖然符合車寨礦井3號煤層無自燃發(fā)火危險，并且是高瓦斯礦井的要求，但由于車寨礦井的采煤方法是放頂煤一次采全高，“Y型”通風方式所要求的沿空留巷在采高大于1.6m后，護巷效果很差，并且成本很高，所以也舍棄了這種通風方式。

“雙U型”通風方式通風能力大，處理瓦斯能力強，能消除上隅角風流的渦流狀態(tài)，并且能使工作面上隅角和回風巷尾部聯(lián)絡巷及兩條回風巷瓦斯?jié)舛仁冀K處于受控狀態(tài)，且有較大的富余系數(shù)。雖然存在工作面巷道布置較為復雜，巷道工程量大，投資高和工作面間煤柱大，采區(qū)采出率較低的缺點，但從安全和經濟方面考慮，參考省內類似礦井的生產經驗，結合本礦的實際條件，車寨礦井采煤工作面最終選定“雙U型”通風方式。

5 采用“雙U型”通風方式的特點

車寨礦井3號厚煤層綜放工作面，采用“雙U型”通風方式取得了較好的通風效果。

1）車寨礦為高瓦斯礦井，同時綜采工作面采用放頂煤開采，工作面回采期間瓦斯涌出量大，尤其是采空區(qū)的瓦斯大量涌出，容易造成上隅角和回風巷瓦斯超限等問題。通過采用“雙U型”通風方式，可使采空區(qū)大部分瓦斯隨漏風經尾部聯(lián)絡巷排入回風巷，有效地解決了上隅角和采空區(qū)瓦斯積聚等問題。

2）采用“雙U型”通風方式為采空區(qū)瓦斯抽放打好了基礎。“雙U型”巷道布置為采空區(qū)埋管抽放、尾巷抽放以及頂板傾向鉆孔瓦斯抽放等抽放方式提供了便利條件。

3）采用“雙U型”通風方式，工作面、上隅角、回風巷、聯(lián)絡巷等處的瓦斯始終處于受控狀態(tài)，且有較大的富裕系數(shù)，有效地保證了工作面安全生產。

6 結語

采煤工作面因通風巷道的數(shù)目，位置、風流方向、漏風方式的改變會派生出多種類型的通風方式，但每種通風方式都有其優(yōu)缺點，必須根據(jù)回采煤層的地質賦存狀況，煤層特征、開采條件、開采技術、瓦斯含量、煤與瓦斯突出危險程度、煤的自燃傾向性等因素綜合考慮，并給合安全管理、經濟效益和技術可行等方面進行比選，最終確定相應的通風方式及回采工作面巷道布置，這對改善回采工作面的安全生產環(huán)境具有非常重要的意義。

〔1〕林柏泉.礦井瓦斯防治理論與技術〔M〕.徐州：中國礦業(yè)大學出版社，2010.

〔2〕賈寶財，劉振宇.U型通風方式采煤工作面上隅角瓦斯處理方法〔J〕.煤炭技術，2008，27（5）：88－89.

〔3〕何 磊，楊勝強，孫 祺，等.Y型通風下采空區(qū)瓦斯運移規(guī)律及治理研究〔J〕.中國安全生產科學技術，2011，7（2）：50－54.