近距离高瓦斯突出煤层群工作面通风方式探讨.doc

近距离高瓦斯突出煤层群工作面通风方式探讨 龙祖根1，2，周 岩2 1．贵州省煤矿设计研究院，贵州贵阳550025；2．贵州大学矿业学院，贵州贵阳550003 摘要根据贵州煤层复杂的赋存条件，对现阶段所采取的工作面通风方式进行了客观的分析，针对近距离高瓦斯突出煤层群，提出了一些集技术、效益、安全一体化的新型通风方式和改进建议，对类似条件的矿井具有借鉴价值。 关键词近距离；高瓦斯；煤层群；通风方式 中图分类号TD724 文献标识码B 文章编号16710959200911-0010-03 1贵州煤层赋存条件概述 1．1煤层赋存情况 贵州有着极为丰富的煤炭资源，煤炭探明储量居全国第五位。2007年贵州煤炭产量达10800万t，仅2008年前八个月，全省煤炭产量就达7227.53万t，同比增加2.6％，预计到2010年，贵州煤炭产量可达15000万t，煤炭已成为贵州省的支柱产业。贵州煤层赋存条件复杂，主要体现在以下几个方面 1大多为薄及中厚煤层的近距离煤层群，煤层层数多，厚度薄。例如盘江煤业集团矿区含煤地层为晚二叠系上统龙潭煤组，一般含煤40层以上，可采及局部可采煤层1222层，煤层层间距5～20m，累计煤厚15～30m，属于薄及中厚煤层为主的近距离煤层群。 2煤层瓦斯含量高，煤与瓦斯突出严重。煤层瓦斯含量一般在10～20m3／t之间，部分煤层瓦斯含量高达38m3／t。2005年贵州煤炭生产矿井2149处，高瓦斯、煤与瓦斯突出矿井占85％，其中煤与瓦斯突出矿井占40％以上；2007贵州煤炭生产矿井1288处，其中30万t／a及以上的矿井34处，煤与瓦斯突出矿井30处，占88．23％。 3矿区构造复杂，煤层常出现分岔、合并现象；煤层变质程度不一，透气性低；煤层顶底板条件差，顶板易破碎，底板易底鼓。 1．2特殊赋存条件对通风的需求 特殊的煤层赋存条件，决定着其对矿井通风要有特殊的需求。煤层所含的高瓦斯在近距离范围内不断地向邻近层运移，同时煤层较薄的性质又无法对这种破坏性的运移进行有效的阻挡，于是就埋下了事故隐患。贵州大部分煤矿开采的是薄及中厚近距离煤层群，工作面开采时邻近层瓦斯占50％以上，这些瓦斯通过采空区涌人工作面，是造成工作面瓦斯超限的主要原因。 贵州省在2008年下发的煤矿瓦斯治理与综合利用规划中提出了通风可靠、抽采达标、监控有效、管理到位、隐患排除和综合利用的二十四字方针，其中对通风做出了系统合理、设施完好、风量充足和分流稳定的要求。一是到2009年底，所有矿井局部通风要实现“双风机双电源”，并能自动切换，保持均衡供风；二是从2009年起，防突风门的砌筑要进行专门设计，其设置的位置、质量和强度必须满足防突要求。 在满足这些要求的同时，针对近距离高瓦斯突出煤层群的性质必须考虑安全通风方式的问题。由于工作面采高低、有效通风面积小，如果配风量低，则工作面所产生的高瓦斯难以被稀释掉，满足不了通风的需要；如果配风量过高，工作面风速会严重超速，且进回风两端压差大，造成采空区瓦斯涌出增大，对防止自燃不利。因此在改善局部通风和设备质量的同时，必须设计和采用合理的工作面通风方式。 2现阶段所采用的通风方式分析 2．1 所采用的工作面通风方式及其使用情况介绍 2．1．1 U型通风 U型通风系统是一进一回的通风类型，分为后退式和前进式两种，其中后退式在高瓦斯矿井采煤工作面使用较普遍。 淮南谢二矿31采区4区段的B11b煤层的采煤工作面采用U型通风。煤层倾角为20，煤层厚度为4m，挥发分为38.8％，煤尘有爆炸危险性，自然发火期36个月，采煤工作面生产能力为800t／d，绝对瓦斯涌出量为7m3／min，相对瓦斯涌出量12.6m3／t。 通过对U型通风方式技术分析和矿井的效果反馈，认为U型通风方式的优点是结构简单，巷道维修量和工作面漏风小，风流稳定，风量调节方便，易于管理，但上隅角瓦斯容易超限，特别是瓦斯涌出量大的工作面，其上隅角积聚的瓦斯难以处理，给安全生产埋下隐患。 2．1．2 UL型通风 UL型通风是由一条进风巷、一条回风巷和一条专用排瓦斯尾巷组成的一进两回的通风类型。尾巷和回风巷之间每隔80m打一个联络眼，并予以封闭，随着工作面的推进，再将联络眼滞后工作面一一打开，将采空区及邻近层卸压瓦斯通过联络眼排至尾巷。 UL型通风方式如图1所示。采用此类型通风的采煤工作面，配风量一般在1000m3／min以上。回风巷作为排放本煤层瓦斯的主要通道，瓦斯浓度一般不超过1.5％；尾巷作为排放采空区及邻近层瓦斯的主要通道，瓦斯浓度一般不超过3％。阳煤集团各矿采煤工作面瓦斯涌出量一般在25m3／min以上，且大部分煤层要进行上邻近层卸压瓦斯抽放，其采煤机械化程度已达100％，采用UL型通风方式，采空区和上邻近层涌出的瓦斯可大部分从尾巷排出，尾巷不作为回风用时，可用于打钻、铺管进行瓦斯抽采，同时还可用于下一个邻近采煤工作面的进风巷。对于上邻近层瓦斯涌出量大、产量较高和进行上邻近层卸压瓦斯抽放的采煤工作面。此种通风方式比较适用，但其同样存在需要维护采空区回风巷的问题，要么沿空护巷并作边界回风上山，要么另作一条专用回风顺槽。 2．1．3 Y型通风 Y型通风方式是一进两回的通风类型，其示意图见图2。天府磨心坡矿开采K9煤层时采煤工作面采用了Y型通风。其煤层平均厚度为0．6m，倾角60，相对瓦斯涌出量为65.51m3／t，绝对瓦斯涌出量为47.36m3／min，采用倒台阶采煤法，工作面平均日产160t，采煤工作面配风量540m3／min，回风瓦斯浓度0.80％一0.90％．反馈结果表明，Y型通风增大了供风量，有利于解决采煤工作面回风瓦斯超限及工作面上隅角瓦斯积聚的问题，能够改善工作面的作业环境，但其需维护采空区回风巷。 2．2工作面通风存在的问题 2．2．1 工作面上隅角瓦斯超限问题难以解决 工作面上隅角瓦斯超限问题主要是U型通风的弊端，尽管后续的一进两回的通风方式缓解了这一问题，但瓦斯超限的隐患依然存在，目前矿井常用的采煤工作面通风方式不足以从根本上解决此问题。例如神华宁夏煤业集团所属乌兰煤矿，其7、8煤层为近距离煤层，且均为非突出煤层，7煤层均厚1.89m，8煤层均厚2.77m，两煤层间距为2～13m。2002年该矿在回采572工作面时，开采初期工作面实际配风量为360m3／min，风量满足生产需要，但随着工作面的推进，上隅角瓦斯开始超限，通过采取上隅角设置风障并增加工作面风量到650m3／min后，上隅角瓦斯浓度降到1％以下。随着5727工作面的推进和老顶大面积垮落，采空区而积增大，上隅角瓦斯又开始超限，在工作而采取设置1台28kW风机驱散上隅角瓦斯，并将供风量增加900m3／min，这时上隅角瓦斯浓度又降低到1％以下。但随着工作面的回采，5727工作而上隅角瓦斯又开始超限，且工作面回风巷瓦斯浓度上升至0.9％～1.0％，严重影响了矿井的安全生产。 2．2．2通风方式制约着丁作面的高产高效 实现集中生产、高产高效是煤矿生产的主要目标之一。但对于像贵州乃至全国的近距离高瓦斯突出煤层群来说，工作面瓦斯、煤尘和自然发火的危害性对矿井通风提出了更高的要求，而现有的几种通风方式却难以从根本上解决上述难题。贵州的盘江煤电集团、水城矿业集团、六枝工矿集团等煤炭企业所属矿井很多都对通风方式进行过改造。究其原因，一方面是因为瓦斯治理的需要，还有就是现有通风方式制约着工作面的高产高效，这也是贵州煤矿机械化程度不高的原因之一。 2．2．3难以适应薄煤层的特点 贵州煤矿所开采的大部分煤层为薄煤层。我国薄煤层开采主要采用长壁采煤法，但由于开采煤层厚度小，工作面煤层薄，采高低，工作面有效通风断而积小，通风极为不易。工作面的瓦斯涌出量除了与煤层瓦斯含量、开采顺序等因素有关外，还与煤层开发强度有很大的关系。由于工作面回采而涌出的瓦斯，一部分来自本煤层，这部分与煤层瓦斯赋存条件有关，它的涌出量由于采煤工艺的不同而有较大的变化，本煤层绝对瓦斯涌出量，随日产量的增加而呈线性增长关系，相对瓦斯涌出量则与产量呈幂函数关系减小；另一部分来自于受采动影响的邻近煤层与围岩，一般来说，在一定的地质条件下，邻近层瓦斯排放程度随层间距加大而减小，随开采强度的加大而加大。因此高产高效薄煤层工作面因产量的增加，工作面绝对瓦斯涌出量也必然增加，所以高产高效综采工作面的瓦斯治理必须在对瓦斯进行充分抽采的前提下。采取切实有效的通风方式，彻底解决瓦斯隐患。而普通的通风方式显然很难解决这些问题。 3通风方式的进一步探讨 3．1 改进通风方式 对于近距离的薄煤层群，无论煤层的透气性高低，邻近层的瓦斯涌出都是制约工作面高产高效的主要问题之一。可以借鉴U型、UL型和Y型等以往通风方式的优点，在两层甚至多层煤层之间进行巷道加工，形成诸如偏Y型、偏W型等新型通风方式，从而建立另外的工作面排放瓦斯系统。通过通风方式改造能够有效地解决瓦斯超限问题，减少单独施工尾排巷道的工程量，能够显著降低工作面配风量，从而节省通风费用，能够解决上隅角长期使用局部通风机供风的问题，从而减小了管理难度。 3．2巧妙设置通风联络巷 通风联络巷仍是新型通风方式的关键所在，它的主要作用是配给足够的新鲜风流，有效地将瓦斯排放道和注水巷排出的高浓度瓦斯稀释到安全浓度以下；同时降低工作面两端和区域风压差，减少工作面和采空区瓦斯涌出量及采空区漏风量、缩小采区漏风带宽度、降低工作面粉尘、改善劳动条件。还可根据工作需要调整通风联络巷通风设施的运行状态来改变注水巷风流方向及其它巷道的风量分配，从而控制调整系统中各巷道的瓦斯浓度和风量．并形成不同方式的通风系统“三进两回”、“两进三回”等。此外，不同矿井可根据煤层具体的瓦斯含量和水份取舍注水巷和瓦斯抽放道，使工作面通风方式更简化、经济上更合理。 3．3增设或改进进回风巷道 可以设置一进两回、两进两回、三进两回等类型的通风方式，在巷道增设投资和通风能力绩效之间寻找平衡点，从而实现高效经济通风的目的。譬如H型、双U型等通风方式，可采用双巷进风，双巷回风，提高工作面的抗灾能力和安全性能；在此种通风模式下，上隅角风流是工作面风流与运输巷风流汇合点，瓦斯浓度一般很低，工作面机头的电气设备开启不会受瓦斯浓度的制约，因此能够解决上隅角瓦斯浓度超限的问题。其还能使工作面过风量减少，风速减低，减少工作面的煤尘飞扬，同时瓦斯和粉尘都通过上隅角经横贯进入专设进风巷，顺风流流向回风巷，从而改善了整个工作面及两巷的生产环境。 4结语 本文所介绍的工作面通风方式充分考虑了贵州煤层的特殊赋存情况，比较适合近距离高瓦斯突出煤层群的瓦斯防治和煤层气抽采工作，但工作面通风方式是不断的变化并向前发展的，还有很多类型值得进一步的探讨。 参考文献 [1]龙祖根．高瓦斯矿井采煤工作面最佳配风量的探讨[J]．煤，1996，5637～39．