Y型通风方式

Y型通风方式（精选7篇）

Y型通风方式 篇1

摘要：目前, 我国矿井的采煤工作面, 大多数采用“U”型通风, 此种通风方式中回风隅角及工作面回风巷瓦斯浓度经常超限, 影响工作面生产安全, 严重制约煤矿的正常生产和效益的提高。从采煤工艺的改革、通风和生产能力、瓦斯治理等方面综合考虑, Y型通风系统是具有发展前途的通风系统。

关键词：U型通风方式,Y型通风方式,通风

1 几种通风方式的比较分析

目前, 我国普遍采用的工作面U型通风方式, 该通风方式由于上隅角及回风顺槽瓦斯浓度经常超限, 特有的漏风流态会使采空区回风隅角大量积聚瓦斯, 严重影响煤矿的正常生产, 制约着高产高效采煤技术的推广应用及综合经济效益的提高。正是由于此种通风方式的限制, 国内外都在配合采煤工艺改革的基础上积极探索和改进工作面通风方式。U型通风方式与Y型通风方式的对比, 如图1和图2所示。将传统的U型通风方式改为U带尾巷、W型、Y型、Z型、双Z型等方式。对这些改进型的通风方式预防和治理瓦斯积聚的机理及优缺点归纳如下。 (1) 一进两回U带尾巷和两进一回的W型、Y型、双Z型的通风方式, 其中一条巷道可专用作排瓦斯巷, 巷道中可无工作人员和设备, 瓦斯的允许浓度和风速将会得到提高, 进而改变通风能力, 从而达到提高工作面单产量的效果。 (2) 后退式采煤两进一回Y型、W型及采空区中部留回风巷的双Z型通风方式, 两进一回Y型通风方式主进风巷进风通过工作面, 稀释本煤层瓦斯, 并利用在采空区维护的回风巷, 有控制地向采空区回风道漏风, 使采空区瓦斯直接进入回风道;由于两巷进风使通过工作面的风量相对减少, 有助于防止工作面的煤尘飞扬, 改善工作面气候条件, 减少采空区漏风和瓦斯涌出, 从而也具有防止工作面瓦斯积聚的作用。 (3) 回风流入相邻采区回风上 (下) 山Y型、Z型、双Z型分列式通风方式, 由于使采空区漏风方向改变, 瓦斯随漏风直接涌向沿空回风巷, 所以分列式通风方式在防止上隅角瓦斯积聚和工作面瓦斯超限方面有突出优势。 (4) 从采煤工艺角度分析, 前进式比后退式无煤柱采煤方法沿空留巷或沿空掘巷较多, 后退式无煤柱采煤方法的通风方式中Y型和Z型通风方式沿空留巷或沿空掘巷较少。综合上述分析, 从巷道掘进和维护量、采煤工艺的改革、通风和生产能力、瓦斯治理等方面综合考虑, 上述各通风方式中两进一回Y型通风方式是各个方面效果都较好的一种通风方式。

2 Y型通风系统的特点

后退式采煤两进一回Y型通风系统, 改善了工作面环境, 此系统有两条巷道进风, 使通过工作面的风量相对减少, 有助于防止工作面的煤尘飞扬, 减少采空区漏风和瓦斯涌出, 从而具有防止工作面瓦斯大量积聚的作用。如图3所示:Y型通风系统, 其中一条巷道可专门用作排瓦斯巷, 巷道中没有工作人员和安装设备, 使瓦斯允许浓度和风速得到提高, 从而改变其通风能力。Y型通风系统由于其沿空留巷使采空区漏风方向改变, 瓦斯随漏风直接涌向沿空回风巷, 在防止上隅角瓦斯积聚和工作面瓦斯超限方面优于U型通风系统。具体如下所述。 (1) 有利于解决工作面瓦斯超限问题。以往采用U+L型通风方式通过排瓦斯联络巷排放瓦斯, 利用采空区通风, 存在瓦斯不可控空间;采用Y型通风方式, 通过改变工作面通风线路及采空区瓦斯运移线路, 消除了工作面上隅角瓦斯超限隐患, 并且在沿空留巷内实施分源瓦斯抽采, 充分发挥矿井抽放系统的能力, 瓦斯治理效果十分明显, 从而大幅缓解矿井通风系统压力。 (2) 解决生产衔接紧张问题。以往采用的U+L型通风方式, 要投入大量时间去准备新的采煤工作面。而沿空留巷工艺的采用, 大量减少了掘进量, 使沿空巷道继续服务下一个工作面;此外, 为瓦斯抽放提供充足的时间和空间, 可解决采、掘、抽衔接紧张问题, 使矿井采、掘、抽工程衔接有序。

3 Y型通风系统对矿井通风系统的影响

将工作面通风系统由U型改为Y型, 采区布置将由原来的工作面双翼开采变为单翼开采, 采区通风系统、通风网络、通风风阻的改变, 引起采区风压、风量分配的变化, 进而引起整个矿井通风系统、扇风机工况的改变。主、副巷风量的调节关系到Y型通风系统治理瓦斯的成效, 因此, 实际工作中, 必须严格管理。沿空留巷变形过大, 或支护不光滑, 将引起风阻增大工作面通风和治理瓦斯的能力降低。

4 Y型通风方式的几点建议

Y型通风方式是本矿回采工作面瓦斯涌出管理的有效办法。建议结合改进开采方法, 提高瓦斯抽放和回风巷维护水平, 使其不断完善。 (1) 采用合理开采方法, 减少采空区漏风量和瓦斯涌出量。布置后退式回采方式;工作面煤炭运输改为石门装车方式, 煤层运输平巷随工作面推进及时报废、密闭。解放层工作面超前下邻近层开采玲5功以上。 (2) 改进瓦斯抽放方法, 降低解放层工作面风排瓦斯量。其一是用增加卸压抽放孔的方法提高下邻近层卸压瓦斯抽放率。采取在煤系中部掘进采区阶段瓦斯抽放中巷并布孔、在解放层工作面回风巷打下向抽放孔穿下邻近层等办法;第二是用局扇将解放层工作面的采空区瓦斯抽至采区回风巷方法-采取在回风巷滞后工作面一定距离, 将可缩性引排风简一端经报废回风眼插入采空区, 另一端与SQF-5型塑料气动局部扇风机连接, 将采空区瓦斯抽至采区回风巷。 (3) 采空区上部回风巷的维护采取增加护巷煤柱宽度方法。打钻孔抽放解放层护巷煤柱所影响的:煤层未解放区域的瓦斯, 达到护巷经济、可靠, 又不影响K:煤层的防突效果。

结束语

本文分析了工作面各种通风方式的优缺点和Y型通风方式治理瓦斯的机理。从采煤工艺的改革、通风和生产能力、瓦斯治理等方面综合考虑, Y型通风系统是具有发展前途的通风系统。在工作面各种通风系统中, 两进一回Y型通风系统是解决工作面上隅角瓦斯积聚, 超限问题最有效的通风系统, 提高沿空留巷瓦斯允许浓度或风速, 可提高综采面通风和治理瓦斯的能力, 进而提高工作面的单产量, 采空区瓦斯涌出率越大, Y型通风系统治理瓦斯效果越好。

参考文献

[1]程远平, 俞启香.中国煤矿区域性瓦斯治理技术的发展[J].采矿与安全工程学报, 2007, 24 (4) :383-390.

[2]付建华.中国近年煤与瓦斯灾害情况分析[C]//煤矿瓦斯灾害防治理论研究与工程实践.徐州:中国矿业大学出版社, 2005:103-107.

[3]袁亮.低透气性高瓦斯煤层群无煤柱快速留巷“Y”型通风煤与瓦斯共采关键技术[J].中国煤炭, 2008 (6) :9-14.

[4]刘泽功, 袁亮, 戴广龙等.采场覆岩裂隙特征研究及在瓦斯抽放中应用[J].安徽理工大学学报, 2004, 24 (4) :10-16.

Y型通风方式 篇2

平煤五矿己15-23220采面为近距离开采保护层工作面, 己15与己16, 17煤层间距为3～16 m, 并作为己16, 17煤层的上保护层先行开采。己15煤层可采厚度为1.1～1.8 m, 直接顶为泥岩, 直接底为砂质泥岩;己16, 17煤层平均煤厚4 m, 直接顶为砂质泥岩, 致密坚硬, 直接底为泥岩。该采面设计走向长740 m, 倾向长203 m, 上邻已回采的己15-23200采面, 下邻未开采煤层, 倾角12～13°。在开采过程中, 由于邻近层大量瓦斯的涌出, 造成了回采工作面、上隅角瓦斯超限。工作面自开采以来先后采取了增加风量、两巷底板穿层孔抽放、上隅角抽放、采面浅孔抽放及上隅角抽出式风机抽放等方法进行瓦斯治理, 但效果均不明显, 因此提出了新的瓦斯治理措施。

2 超近距离保护层瓦斯治理的通风方式

针对采面瓦斯来源主要为邻近层卸压瓦斯涌出, 且采用的多种通风、抽放治理手段效果均不明显的情况, 将目前的一进一回U型通风方式, 尝试换为一进两回带专用排瓦斯巷的通风方式进行瓦斯治理, 但仍然不能解决瓦斯问题, 最后决定采用两进一回带专用瓦斯排放巷的新型通风方式 (图1) 。

从图1可以看出, 2条进风巷分别为己15-23220胶带运输巷和己15-23220辅助进风巷, 且胶带运输巷为主要进风巷, 主要作用是稀释工作面瓦斯, 而辅助进风巷的作用是稀释上隅角瓦斯;以己15-23220专用排瓦斯巷为回风巷, 同时由于在采空区侧沿空维护了一段巷道, 使得主进风流的部分风流漏向采空区, 将采空区的瓦斯带入专用排瓦斯巷, 从而减少了采空区涌向工作面的瓦斯。

虽然经理论分析该种通风方式能解决工作面和上隅角瓦斯超限问题, 但该种通风方式的瓦斯监控却没有明确规定, 常见传感器设置如图2所示。

3 Y+Γ型通风方式的安全监控系统设计

3.1 监测仪器的布置及其断电范围

在专用排瓦斯巷距西翼回风口15 m处安设1台甲烷传感器 (T1) , 报警浓度2.4%, 断电浓度2.4%, 复电浓度<2.4%, 断电范围为工作面及回风巷内所有非本质安全型电气设备电源。

在工作面上隅角安设1台甲烷传感器 (T2) , 报警浓度1%, 断电浓度1.5%, 复电浓度<1%, 断电范围为工作面及其进、回风内全部非本质安全型电气设备电源。

在辅助进风巷最后1个联络巷以里安设1台甲烷传感器 (T3) , 报警浓度0.5%, 断电浓度0.5%, 复电浓度<0.5%, 断电范围为进风巷内全部非本质安全型电气设备电源。

在采面上出口向下15 m处, 安设1台甲烷传感器 (T4) , 报警浓度1%, 断电浓度1%, 复电浓度<1%, 断电范围为工作面内全部非本质安全型电气设备电源。Y+Γ型通风方式监测仪器的布置如图3所示。

3.2 回风巷瓦斯浓度的控制

(1) 在对专用回风及专用排瓦斯巷进行维修、巡查工作时, 必须有救护队员监护, 瓦斯浓度必须小于1.5%。

(2) 专用瓦斯排放巷内不得进行生产作业, 专用瓦斯排放巷内瓦斯浓度超过2.4%时, 工作面必须停止作业进行处理。

(3) 通风队安排2名瓦斯检查员每班检查上隅角瓦斯浓度不少于3次, 跟机瓦斯检查员随时检查瓦斯浓度, 超过0.8%时, 停止割煤并汇报通风调度。

4 结语

(1) 通过上隅角的甲烷传感器可实时监控上隅角的通风、瓦斯状态, 及时落实措施, 避免辅助进风流与主进风流在上隅角及采面上部形成涡流或无风区。

(2) 通过辅助进风巷道的甲烷传感器可以实时监控辅助进风巷的通风情况, 及时处理辅助进风巷与回风巷间的联络巷漏风, 防止最后一个联络巷以里风速低于0.25 m/s, 导致辅助进风流瓦斯浓度超过0.5%。

(3) 通过该种监控方式, 有效地实现了Y+Γ通风方式的实时监控, 从根本上消除了采空区瓦斯引起工作面和上隅角局部地点瓦斯积聚的可能性。

摘要：为了提高Y+Γ型通风方式下瓦斯监控系统的安全性和稳定性, 对平煤五矿近距离保护层开采过程中存在的瓦斯监控问题进行了分析, 提出了改进煤矿瓦斯监控系统的方法。该系统的使用, 满足了两进一回通风方式下的安全监控要求。实践应用表明, 该法成功实现了监控有效的目的。

沿空留巷“Y型”通风技术 篇3

目前不少矿井引进了沿空留巷技术, 沿空留巷省去了工作面之间的煤柱, 大大提高了资源回收率, 节省掘进巷道的费用, 同时又避免了采掘失调、接续紧张。而在沿空留巷的方式上, 多数采用传统U+L型通风方式, 存在不少弊端, 目前国内外不少矿井通过对通风方式的改进, 即采用沿空留巷“Y”型通风方式, 在采空区侧留下一条回风巷, 该通风方式有利于解决工作面瓦斯问题, 提高工作面安全程度, 在不少矿井取得了成功。

随着沿空留巷的技术不断被推广应用, 沿空留巷“Y”型通风方式, 即在采空区侧留下一条回风巷, 也将不断的被推广应用。

一、工作面基本情况

T3292工作面为开滦唐山矿铁三区9煤层首采工作面, 北部、东部、南部、西部均没有采掘工程, 瓦斯绝对涌出量为1.58m3/min, 开采深度为:-700m~-750m。该工作面可采走向长度为1140m, 工作面长度为90m, 可采储量为46.24万吨。煤层直接顶为1.7m的灰色泥岩, 老顶为5~15.5m的灰白色砂岩, 底板为深灰色砂质泥岩, 煤层平均厚度为4.78m。

T3292工作面为充填开采工作面, 采用沿空留巷技术, 保留T3292风道为下一紧邻工作面的溜子道, T3292风道掘进施工完毕后, 在其巷道内设计位置开门布置一条回风巷与铁三区9煤层专用回风巷连通, 形成“Y”型通风方式。

二、沿空留巷“Y型”通风技术的介绍及意义

(一) 沿空留巷“Y型”通风技术

沿空留巷“Y型”通风技术是通过在T3292工作面采空区侧布置一条回风巷, 即在T3292风道内设计位置开门布置一条回风巷与铁三区9煤层专用回风巷连通, 形成“Y”型通风系统, 新鲜风流通过工作面风道与溜子道同时进风, 风道风流通过回采后风道保留下的巷道直接进入回风巷, 溜子道风流经切眼进入回采后风道保留下的巷道后, 再进入回风巷, 这种通风方式使工作面内瓦斯直接进入回风巷, 同时两条巷道同时进风也起到了稀释瓦斯浓度的作用。

(二) 沿空留巷“Y型”通风技术的意义

唐山矿铁三区9煤层工作面均为充填开采工作面, 在工作面设计上采用无煤柱护巷方式, 即沿空留巷, 通常沿空留巷工作面风流由运道进入, 经切眼, 由风道回出, 而此种风流方式随着工作面往前推进, 沿空留下的巷道将变成独头巷道, 需采用局扇为其送风, 不仅浪费人力, 而且还可能造成采空区瓦斯大量涌出。通过分析与调查, 同时借鉴其他矿井的相关成功经验, 决定在采空区侧布置一条尾巷, 通过这条巷道排放瓦斯和热量, 在瓦斯涌出量比较大时, 有利于安全生产和改善工人的劳动环境。这种通风方式能有效的抑制采空区瓦斯的涌出, 有利于解决瓦斯问题, 特别是工作面上隅角瓦斯问题, 同时又能进一步提高工作面安全系数, 并且又节省了人力。

三、“Y型”通风时的相关安全技术措施

1) 生产单位运输过程中严禁冲撞风门, 风门要妥善保护, 做到人过风门随手关。风门必须安装闭锁装置, 并不得同时打开两道相邻风门, 发现风门损坏及时修复, 防止发生风流短路现象。加强对工作面通风系统的管理, 通风区应及时调整通风系统保证工作面通风系统稳定可靠。采掘工作面空气温度超过30℃、机电设备峒室空气温度超过34℃时, 必须停止该部位人员的作业。

2) 加强巷道的维护, 若断面达不到通风要求或影响通风时, 要及时采取清卧、套修等维修手段, 确保正常通风。

3) 生产过程中, 保护好系统内的所有通风设施, 发现问题及时联系通风区进行修复, 以保证工作面通风系统可靠。

4) 当工作面回采期达到自然发火期后, 必须对采空区采取注卤粉或在工作面上、下隅角喷洒阻化剂的预防发火措施。

5) 通风区要按规定在工作面回风巷安装好瓦斯、一氧化碳、温度传感器, 并与地面监测系统联网, 随时监测参数变化情况, 并且要定期对该工作面的瓦斯探头及瓦斯电闭锁装置根据规程规定进行检修和校验, 并进行试跳试验, 保证监测设备的完好有效。

6) 坚持综合防尘制度, 做到开机洒水, 无水不开机;在工作面各运输设备转载点安设有效的喷雾灭尘及洒水装置, 转载喷雾必须固定牢固, 所有喷雾必须保证正常使用;同时为防止煤尘积聚、飞扬, 要设专人对施工巷道定期冲刷, 并要求做到有喷尘记录, 为增加煤体湿度, 减少煤尘, 由生产单位在两顺槽进行煤体预注水, 并做好记录。

7) 工作面局部地点瓦斯浓度达到1.0%时, 现场的班队长要安排专人在现场通风员的指导下进行处理。通风员负责监督检查, 防止瓦斯积聚。

四、应用效果分析

Y型通风方式 篇4

1 我矿3212综采工作面基本情况

韩城矿业公司桑树坪煤矿为煤与瓦斯突出矿井, 而3212综采工作面为该矿第一个2#煤层工作面。煤层平均厚度0.74m, 煤层变异系数为47.0%。2#煤层与下伏3#煤层层间距1.75m~16m, 平均13.0m。直接顶板以细、粉砂岩为主, 厚1.95m~3.15m, 煤层底板直接底岩以砂质泥岩为主,

从本井田煤层瓦斯吨煤甲烷含量统计结果看, 2#煤最大瓦斯含量1.65m3/t, 平均瓦斯含量0.63m3/t。

2#煤层存煤尘爆炸性危险。

2 工作面通风应满足的要求

1) 工作面要有足够的风量, 其配风量应大于需风量, 同时工作面风速符合《煤矿安全规程》的有关要求;

2) 选择合理的通风方式解决工作面上隅角瓦斯, 防止此处瓦斯积聚、超限;

3) 根据通风要求, 进风巷、回风巷及回风安全出口应有足够的断面和数目, 并确保巷道断面平整、光滑, 以减小通风阻力;

4) 通风系统力求简单。

3 工作面通风方式的确定

目前我国矿井开采过程中回采工作面常用的通风方式有U型、U+L型、Z型、Y型、W型、H型等几种。根据我矿瓦斯含量、2#煤层自燃倾向及井下巷道的布置方式, 经综合考虑, 2#煤回采工作面可采用的通风方式有U型、U+L型、Y型。

3.1 沿空留巷技术

无煤柱开采是合理开发煤炭资源, 有效治理工作面上隅角瓦斯超限, 提高煤炭回收率, 改善巷道维护, 减少巷道掘进量, 有利于矿井安全生产和改善矿井技术经济效益的一项先进的地下开采技术。

优点:

1) 2#煤实施柔模泵注混凝土留巷, 留巷后可实现保护层无煤柱开采, 可更加彻底释放3#煤瓦斯;

2) 2#煤实施柔模泵注混凝土留巷后可使下覆3#煤布置工作面时, 巷道位置、工作面切眼长度等参数的局限性减小;

3) 沿空留巷工作面实现‘Y’型通风, 是治理工作面瓦斯超限的最有效手段。据研究, 在正确进行通风管理的情况下, 无煤柱开采工作面回风流中的瓦斯含量与留煤柱时工作面相比可以减少30%~50%, 有利于矿井安全生产;

4) 有利于降低巷道掘进率;

5) 有利于合理开发煤炭资源, 提高煤炭回采率。

沿空留巷的基本方式是将当上区段工作面采过后, 将上工作面的运输机巷或回风巷用专门的支护材料进行维护, 保留下来的巷道做为下区段工作面的运输机巷或回风巷, 这样一条巷道可以得到两次利用。

3.2 工作面通风方式的选择及优化

根据各种通风方式的优缺点及适用条件, 结合本矿在以往开采2#煤层过程中的实际情况, 该工作面采用沿空留巷“Y”型通风瓦斯治理技术。回采期间, 工作面、回风、上隅角等地点均未出现瓦斯超限现象;二是实现了2#煤层的无煤柱开采, 很好的起到了开采保护层的作用。

3.3 沿空留巷“Y”型通风的优缺点

优点:两个顺槽都是新鲜风流, 安设在两顺的机电设备都在新鲜风流中, 安全可靠;瓦斯和有害气体都在工作面后部, 无人、无设备, 便于管理;两个顺槽风量小、风速低, 煤尘不易飞扬, 作业环境好;采空区、高浓瓦斯改变流向, 卸压、采空区瓦斯抽放效果好;解决了“U”型、“U+L”型、通风系统解决不了的瓦斯和通风管理问题。

缺点:系统的回风巷在采空区, 支护强度不足时, 巷道维修量大;系统工程量大, 费用较高。

4 效果检验

3212综采工作面采用“Y”型通风方式后, 通风阻力减小;通过调整通风设施, 回采工作面的的风量、风速趋于合理, 使工作面有效风量增大, 瓦斯浓度降低。另外, “Y”型通风方式采用后, 3212的皮带运煤顺槽、轨道运料顺槽均处于新鲜风流中, 有利于在轨道顺槽中布置机电设备, 可以均衡两个进风顺槽的机电设备布置, 更为重要的是很好的解决了工作面、上隅角、回风瓦斯超限的难题。

5 瓦斯抽采效果及分析

1) 抽放方法:底板卸压抽放;采空区埋管抽放。

(1) 底板卸压抽放:回顺卸压抽放钻孔距3212工作面切眼18m的位置开始布孔。开孔位置在回风顺槽正邦底板;钻孔垂直巷帮以俯角:40°施工;平均孔深25.6m左右。钻孔间距为6m, 终孔位置为3#煤底板0.5m处;

(2) 采空区埋管抽放:每隔10m在柔模墙上将增设一预留口, 用于采空区瓦斯抽放。泵注混凝土前将使用DN150钢管嵌入柔模预留孔内埋入柔模体中, 法兰盘距柔模墙体200mm。泵注完毕后即可及时将埋设抽放管与巷内分子瓦斯抽放管路连接。

2) 瓦斯抽采效果分析

3212工作面月平均回采长度82m, 产量1.07w吨, 瓦斯抽放量为39.5万m3, 吨煤钻孔率0.10m/t, 回采期间瓦斯绝对涌出量为15.6m3/min, 其中风排瓦斯量7.03m3/min, 抽排瓦斯量9.1m3/min, 根据d抽放率=Q抽排/ (Q风排+Q抽排) 计算, 抽放率56.4%。

(1) 卸压抽放

回顺卸压抽放钻孔孔口负压18 kpa～20kpa, 单孔流量

1.07m3/min～0.23m3/min, 抽放浓度20%～86%, 平均46%。抽放浓度较理想

(2) 采空区抽放

抽放浓度基本保持在3%～5%之间, 平均4.5%。

工作面不受瓦斯影响, 推采进度平稳, 采空区瓦斯抽放浓度相对较平稳。

综上所述, 采用Y型通风方式结合综合抽放方法后, 3212工作面在回采过程中, 工作面无瓦斯超限事故。上隅角瓦斯浓度始终保持在0.3%～0.6%之间, 回风流瓦斯浓度保持在0.43%以下, 改善和提高了2#煤的开采安全程度, 为实现工作面安全生产创造了条件。

参考文献

[1]张铁岗, 等.矿井瓦斯综合治理技术[M].煤炭工业出版社, 2001 (1) .

[2]李孝勇.矿井瓦斯治理工程关键技术指导手册[M].煤炭工业出版社, 2010 (1) .

Y型通风方式 篇5

1 工作面概况

24207工作面沙曲矿北二采区第七工作面, 绝对瓦斯涌出量51.22~61.46 m3/min本煤层瓦斯涌出占64%, 邻近层瓦斯涌出占36%。随着矿区开采深度增加, 瓦斯问题将日趋严重。因此, 必须采取有效的综合治理措施[2]。

2 沿空留巷设计

24207工作面为走向长壁综采全高全垮落工作面, 工作面为3#、4#煤层合并开采, 开采均厚4.3 m, 留巷墙高大于3.5 m, 且直接顶为泥岩, 厚度5.6 m, 硬脆易冒落, 不利于留巷维护与管理, 留巷难度较大。为此, 沿空留巷采用小跨度留巷, 为了保证通风断面, 跨度设计为3 m, 墙体宽度4 m。24207工作面胶带巷进行沿空留巷, 沿空留巷通过间距50 m横贯与尾巷构成工作面“二进一回”Y型通风系统。

2.1 沿空留巷充填系统

沿空留巷随采煤工作面推进而延伸, 根据采煤工作面和留巷的连续性, 要求充填材料 (基本组分为水泥、粉煤灰、砂石骨料、复合外加剂和水) 的输送必须不间断。矿井通过创新充填支架、材料及泵送等充填工艺技术, 快速机械化构筑高强支撑体将回采巷道保留下来, 实现了沿空留巷与综采工作面推进同步进行。

2.2 充填墙体宽度确定

沙曲煤矿24207工作面4.0 m采高沿空留巷墙体宽度经验法认为不应小于2.8 m, 宽度值应在2.8~4.0 m之间;通过数值模拟[3]研究表明, 墙宽最优值应在3.0~4.0 m之间。工程类比窄煤柱及无煤柱开采经验, 一般充填留巷墙体宽度与采高比在1~1.5, 24207工作面为3#、4#煤层合并开采, 留巷墙体较高大于3.5 m, 本次工作面留巷设计充填墙宽4.0 m。

2.3 充填墙体的加固

为提高充填墙体结构稳定性、完整性及结构刚度, 充填墙体内应合理布筋, 若严格按照混凝土配筋原理进行设计配筋, 钢筋使用量大, 施工复杂, 投入巨大。综合考虑沿空留巷充填墙体所承受载荷及破坏形式, 每次充填墙体长度为2.4 m, 宽度4 m, 高度4m, 具体配筋设计如下:以柱状体框式配筋在充填墙体内布筋, 钢筋骨架与金属网组合, 网间及网与钢筋骨架间固定, 采用金属丝扎接牢固。

2.4 留巷充填方式和留巷位置

24207工作面采用机械支模进行充填留巷, 工作面回采4个循环进行1次充填的作业循环, 每次充填长度为2.4 m。为了提高留巷的稳定性, 留巷设计采用小跨度留巷, 留巷巷道宽度为3 m, 墙体宽度4 m, 其中3 m位于采空区内。

3 结语

(1) 通过沙曲矿沿空留巷“Y”型通风煤与瓦斯共采关键技术的成功应用, 解决了双突高瓦斯复杂应力三软煤层群进入深部开采面临的合理通风、瓦斯治理、巷道支护等重大安全生产技术难题。

(2) 通过首采关键卸压层, 沿首采面采空区边缘快速机械化构筑高强支撑墙体将回采巷道保留下来;在留巷内布置钻孔抽采采空区及邻近层卸压瓦斯;采用无煤柱连续开采, 实现被保护层全面卸压;综采工作面采煤与卸压瓦斯抽采同步推进, 实现了煤与瓦斯安全高效共采。

(3) 抽采的高、低浓度瓦斯分别输送到地面加以利用, 实现了节能减排, 创造的经济、社会、环境效益显著, 实现了矿井的安全高效、可持续发展, 为我国类似条件高瓦斯突出矿井无煤柱沿空留巷煤与瓦斯共采提供了实践指导与技术支持。

摘要：针对双突高瓦斯、复杂应力、三软煤层群地质条件, 沙曲矿在4.5m厚煤层条件下, 首次试验研究应用了无煤柱沿空留巷“Y”型通风技术。此项技术的试验应用成果, 为我国类似条件高瓦斯突出矿井无煤柱沿空留巷煤与瓦斯共采提供了实践指导与技术支持, 对改善矿井安全生产条件具有重要的意义。

关键词：突出矿井,沿空留巷,“Y”型通风

参考文献

[1]柏发松, 郑群, 周汝洪.高瓦斯煤层群开采沿空留巷U型通风煤与瓦斯共采试验研究[J].矿业安全与环保, 2010 (4) :4 0-4 5.

[2]袁亮.低透气性煤层群无煤柱煤与瓦斯共采理论与实践[J].中国科学院材料, 2011 (11) .

Y型通风方式 篇6

关键词：Y型通风系统,采空区,沿空留巷,瓦斯运移

近些年,我国综放采煤方法得到了快速发展,但工作面高瓦斯涌出一直是制约综放工作面安全、高效生产的主要因素。澳大利亚Balusu,Wendt和Ren,T.X.使用CFD技术对立井抽放下以及不同工作面通风情况的采空区瓦斯分布进行了模拟[1,2,3];国内王凯对J型通风综放采空区流场与瓦斯运移进行了数值模拟[5];胡千庭对采空区瓦斯流动规律的情况进行了模拟[6]。治理综放开采瓦斯问题主要可采取三个方面的技术措施,即加强通风,加强瓦斯抽放以及综合通风与瓦斯抽放[7],其中加强通风式解决综放面高瓦斯涌出的最基础和最直接的手段,本文以15120高瓦斯综放工作面为例,采取沿空留巷的Y型通风方式,并在沿空留巷的回风巷中打钻孔抽放瓦斯,从而减少上隅角的瓦斯聚集,合理的降低工作面的瓦斯,有利于安全生产。

1 15120工作面基本情况

15120工作面煤层厚度2.5m左右,煤层倾角约为7°,瓦斯绝对涌出量最大33.65m 3/min,平均为33.56m 3/min,相对瓦斯涌出量最大为8.19m 3/t,平均为8.17m 3/t。综放面倾向长151m,走向长584m。该区域煤层较厚,赋存稳定,地质构造简单,适合于综合机械化放顶煤采煤。综合机械化放顶煤开采,工作面平均日产量大概为3000t。

2 建立流体模型

2.1 采空区渗流控制方程

将综放面采空区视为煤岩混合体组成的多孔介质空间,由于松散煤体空隙的时空分布不均匀,漏风源和漏风汇难以确定,松散煤体中的漏风流场十分复杂,将采空区内风流看作不可压缩气体在三维空间的非线性渗流,包括紊流、层流、过渡流。所服从的基本方程为非线性渗流方程,即Bachmat方程,达西定律仅仅是Bachmat方程在低速层流状态下的特例。三维非线性渗流定律公式为[1]:

式中:E—渗透率,m 2;

J—压力坡度;

υ—运动粘性系数,m 2/s;

Dm—平均调和粒径;

V—采动裂隙椭抛带的风速,m/s;

n—采动裂隙椭抛带的孔隙率;

V—渗流速度,m/s;

g—重力加速度,9.81m/s2;

β—多孔介质粒子形状系数。

根据质量守恒定律和流体动力弥散定律,瓦斯在采场中的动力弥散方程为:

式中:c—采空区内瓦斯的质量浓度;g/m 3;

Dij—动力弥散系数的九个分量,m 2/s;

ui—平均流速向量的分量,m/s。

2.2 采空区孔隙率及渗透率

采空区漏风强度和煤体蓄热条件都与孔隙密切相关,但严格说采空区孔隙率应分为二部分考虑:一是松散煤体的孔隙率;二是垮落顶板的孔隙率。松散煤体孔隙率主要影响煤体内部氧的渗透和分布、高温点的深度,垮落顶板的孔隙率主要影响煤体表面散热的快慢和漏风强度。随着工作面向前推进和时间的推移,采空区的空隙率随时发生变化。一般而言,顶板岩层越坚硬,空隙率越大;矿压越大空隙率越小;作用时间越长,孔隙率就越小,反之就越大[8,9,10]。孔隙率为:

式中:Kp—岩石及煤的碎胀系数。

由Blake-Kozeny公式[4],多孔介质的渗透率e为:

式中:Dm—平均调和粒径。

2.3 U型通风工作面采空区模型的建立和边界条件分析

模型的坐标原点为模拟回风巷矩形的中心点,即图1中左边坐标系原点所在位置,x轴由回风端指向进风端,y轴指向顶板,z轴沿着回风巷风流方向。

U型通风工作面进风为速度进口,风量为800m 3/min;Y型通风工作面两进风均为为速度进口,风量分别为600m 3/min,200m 3/min。气体成分的体积分数为甲烷CH4为0.4%,氧气为21%,其余为氮气。一般数据参数设置见表1。

3 采场数值模拟分析

3.1 U型通风采场瓦斯分布规律

3.1.1 工作面倾斜方向瓦斯浓度分布规律

(1)在距工作面较近的采空区内由于风流流动方向是从进风侧向回风侧,瓦斯呈现向回风侧运移的趋势,瓦斯浓度逐渐增大。在上隅角和回风巷则成为整个工作面瓦斯浓度较高的区域。

(2)由图2可以看到:在工作面的回风端瓦斯浓度梯度较大;在工作面进风端瓦斯梯度较小。这主要是由工作面漏风的情况决定的。工作面回风端瓦斯浓度梯度的增加主要是来自采空区气体的流入。

3.1.2 采空区瓦斯浓度分布规律

采空区瓦斯浓度分布规律见图2。从水平方向上看,瓦斯从下隅角往其采空区对角浓度逐渐升高,离工作面越远浓度越大。在采空区内的瓦斯浓度最高区域也是整个采场的瓦斯浓度最高区域,此区域成为实际工作中采空区瓦斯抽放的理想地点;从纵向上看,由于在靠近工作面的采空区上部渗流速度很小,形成一个相对较高浓度的瓦斯区域,这是高位水平抽放瓦斯针对的高瓦斯浓度区。

3.2 Y型通风采场瓦斯分布规律

3.2.1 Y型通风工作面倾斜方向瓦斯浓度分布规律

(1)在距工作面较近的采空区内由于风流流动方向是从进风侧向回风侧,而在Y型通风方式下,由于两条进风巷的风压不同,使得上隅角和回风巷的瓦斯浓度较低,但是瓦斯浓度较高的区域向采空区深部运移的趋势。

(2)由图3、图4和图5可以看到:在工作面的进风巷的瓦斯浓度不一样,这主要是由于两侧风压比例不同决定的,靠近进风压力大的一侧瓦斯浓度梯度较小;工作面瓦斯浓度地主要是Y型通风良好的方式决定的。

3.2.2 Y型通风采空区瓦斯浓度分布规律

采空区瓦斯浓度分布规律见图3。从水平方向上看,瓦斯从上隅角往其采空区中部浓度逐渐升高。在采空区内的瓦斯浓度最高区域也是整个采场的瓦斯浓度最高区域,从纵向上看,由于在采空区深部的瓦斯浓度偏大,这主要是由工作面漏风的情况决定的,此处附近形成一个相对较高浓度的瓦斯区域,为此成为实际工作中采空区瓦斯抽放的高瓦斯浓度区。

3.3 Y型通风和U型通风比较

工作面通风为U型通风系统,该方式巷道布置简单,巷道便于维护,由于其瓦斯流场的特殊性,瓦斯易在上隅角出现积聚现象,常造成工作面上隅角瓦斯浓度超限,给工作面的安全生产一定隐患。

工作面Y型通风方式需要采空区留设一条巷道,巷道的充填、维护工作量较大,但优点较多。两种通风方式的不同,造成采空区瓦斯流场及分布规律不同,两种通风方式采空区瓦斯流场分布见图6所示。相比U型通风,Y型通风方式有以下优点:

(1)由于采空区瓦斯涌入回风巷(岩巷留巷)中,很好的解决上隅角瓦斯浓度超限问题;

(2)工作面风巷和顺槽都处于进风流中,改善了作业环境;

(3)实行沿空留巷可提高煤炭资源的回收率;

(4)工作面实行无煤柱开采,扩大了卸压范围,同时消除了应力集中区域;

(5)工作面通风量相应增加,风排瓦斯能力增强,还可有效控制工作面温度。

4 结论和建议

(1)在工作面瓦斯涌出量较大时,U型通风已经不能满足通风要求时,根据现场的特点,可选用不同的通风系统,采用Y型通风系统降低采空区、回风巷和上隅角瓦斯浓度。

(2)对Y型通风采空区流场的数值模拟结果表明,工作面沿线漏风流方向均指向采空区内部,采空区内漏风流又全部汇入排瓦斯专用巷而无向上隅角的漏风,因此消除了常规U型通风条件下由于采空区瓦斯在上隅角集中涌出而导致的瓦斯超限隐患,上隅角瓦斯问题得以有效解决。

(3)Y型通风条件下,采空区瓦斯随漏风流经回风巷连续排出,避免了采空区后部高浓度瓦斯聚集现象,应针对不同工作面条件,具体分析和掌握其采空区流场和瓦斯运移的变化规律,以便更好地运用Y型通风及其调控技术,特别是进风巷的比例问题。

(4)采用CFD模型模拟Y型通风系统下瓦斯流动规律,可为采空区的瓦斯抽采设计提供依据。

(5)通过风排瓦斯解决工作面、上隅角和采空区瓦斯超限,但是对于高瓦斯工作面来说,采用综合的瓦斯立体抽采方法是最理想和最直接的治理的手段。根据很多矿的综放面抽采经验,采用工作面Y型通风综合瓦斯治理实践和沿空留巷立体抽采卸压瓦斯相结合手段,成功地消除煤层的煤与瓦斯突出危险性,降低了煤层瓦斯含量,使高瓦斯突出危险煤层变为低瓦斯无突出危险煤层,保证工作面高效高产。

参考文献

[1]Balusu,R.,Deguchi,G.,Holland,R.,Moreby,R.,Xue,S.,Wendt,M.&Mallett,C.Goaf gas flow me-chanics and development of gas and Sponcom controlstrategies at a highly gassy mine[J].Coal and Safety.2002,20:35-45

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[9]蒋曙光.综放采场瓦斯运移规律三维模型试验及数值模拟的研究[D],徐州:中国矿业大学,1994

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Y型通风方式 篇7

中泰公司31021工作面位于突出危险区, 长期存在煤巷掘进速度慢、煤层透气性系数较低、煤层瓦斯抽放效果较差、工作面准备时间长等问题, 造成矿井采掘接替紧张, 生产安全受到影响。为解决31021工作面上隅角瓦斯及采空区瓦斯问题, 为31001工作面瓦斯治理提供足够的时间, 决定在该矿使用沿空留巷偏Y型通风技术。

1工作面概况

31021工作面位于中泰公司三水平一采区, 工作面平均长136 m, 推进长550 m, 面积为68 992 m2, 回风巷长570 m, 运输巷长623 m。该工作面东以切眼为界与4F44断层相邻, 南以回风巷为界与477-1钻孔相邻, 西以设计终采线为界, 北以运输巷为界。采用走向长壁采煤法、综合机械化采煤工艺, 全部垮落法控制顶板。

2巷道布置

31021工作面煤层平均厚8 m, 沿顶分层综合机械化开采, 但受瓦斯经常超限的影响, 开采速度受限。31021工作面走向有回风巷、运输巷及中间配风巷3条巷道。回风巷采用沿空留巷, 断面为梯形, 上宽3.0 m、下宽4.2 m、中高2.4 m。巷道内上帮布置有设计孔深80 m的瓦斯抽采钻孔、瓦斯抽放管路, 下帮布置有4根信号线、高压管、水管和压风管路。

31021工作面上部为31001工作面, 运输巷准备采用31021回风巷外段沿空留巷布置。在沿空留巷前, 31021工作面里段采用U型通风留巷, 即31021运输巷及中间配风巷进风、31021回风巷回风;在沿空留巷期间, 31021工作面外段采用偏Y型通风留巷, 即31021回风巷、运输巷及中间配风巷进风, 31001中切眼、31001回风巷回风。工作面布置如图1所示。

3留巷前后工作面瓦斯治理

3.1简化留巷后31001工作面瓦斯抽采

留巷后, 31001工作面瓦斯抽采方法得到了改进。

(1) 31021工作面上117个抽放钻孔仍可保留在31021工作面留巷内, 继续进行瓦斯抽采, 从而延长巷道瓦斯抽采时间。另外, 回采造成的支承压力和2次动压影响有利于留巷靠近31001工作面的煤层裂隙发育, 抽采瓦斯浓度高, 可高效利用。

(2) 利用留巷能够施工31001工作面顶、底板穿层钻孔, 抽采邻近层或被保护层卸压瓦斯, 可以节省大量瓦斯抽采钻孔工程, 解决低透气性煤层群瓦斯先抽后采问题, 真正实现煤与瓦斯共采。

3.2瓦斯治理效果

31021工作面上隅角瓦斯近6个月监测结果如图2所示。观测期间, 留巷前31021工作面上隅角瓦斯浓度, 每日的平均值最高达0.63%, 最低约为0.38%, 最高值能达到1.57%;通过留巷形成偏Y型通风系统后, 上隅角瓦斯浓度每日的平均值最高为0.41%, 最低值为0.06%, 最高值为0.68%。沿空留巷后工作面瓦斯浓度明显降低, 有效解决了31021工作面上隅角瓦斯超限问题。

3.3采空区埋管抽采瓦斯技术优化

由于近距离邻近卸压煤层涌出的瓦斯量大, 31021工作面顶分层沿空留巷工作面采用埋管抽采作为防止采空区瓦斯大量涌出的辅助措施。

在留巷前, 采用采空区预埋管路抽采瓦斯。由于采空区漏风严重, 密封不严, 瓦斯抽放效果不佳。

采用膏体充填沿空留巷隔离采空区时, 每15 m在充填墙内预埋1根Ø250 mm钢管, 留设位置与31021回风巷Ø250 mm埋管主管保持“三通对齐” (图3) 。预埋钢管时墙体两端外露0.5 m管体, 钢管与顶板距离0.2 m, 以便外接埋管抽放主管路。随着工作面推进至预留管3 m后, 方可开启蝶阀进行采空区埋管抽放;推进至下一循环后, 将抽放主管三通外掐开, 并设挡板, 随即按要求带抽下一循环的预埋抽放 (图4) 。

4结语

(1) 31021工作面回风巷应用膏体充填沿空留巷技术, 将原有的U型通风系统改为偏Y型通风系统, 工作面可以降温3～5 ℃, 且作业人员均在进风流中工作, 改善了作业环境, 有效解决了深井开采的热害问题。