综放工作面“U+L”型与“U+I”型通风方式下排放瓦斯效果对比

吴玉国 邬剑明 王俊峰 周春山

(太原理工大学矿业工程学院,山西省太原市,030024)

★煤矿安全 ★

综放工作面“U+L”型与“U+I”型通风方式下排放瓦斯效果对比

吴玉国 邬剑明 王俊峰 周春山

(太原理工大学矿业工程学院,山西省太原市,030024)

通过综合分析比较“U+L”型、“U+I”型两种通风方式下排瓦斯巷对采空区瓦斯治理的优缺点和适合条件,并提出了各自的补充措施。

通风系统 综放工作面 排瓦斯巷 瓦斯治理

AbstractOn the basis of a comprehensive analysis and comparison of the advantages and shortcomings of"U+L"type and"U+I"type gas draining drifts on gas control in gob areas and the conditions required for the application of the said two types of gas draining drifts,this paper proposes complementary measures for either types of gas drainage methods.

Key wordsventilation system,top coal caving longwall face,gas draining drift,gas control

随着矿井采掘向深部延伸和采面单产能力的提升,综放工作面瓦斯涌出量大量增加,造成工作面上隅角瓦斯频繁超限,严重威胁矿井安全生产。据统计,采空区瓦斯涌出量占到综放工作面瓦斯涌出量的70%以上,排瓦斯巷作为采空区瓦斯治理的主要手段发挥了积极作用。目前排瓦斯巷主要采取“U+L”型和“U+I”型两种通风方式布置,通过排瓦斯巷瓦斯治理情况的研究发现,两种形式各有其优缺点和适用条件。本文就目前排瓦斯巷使用存在的问题、技术效果进行分析,明确排瓦斯巷处理瓦斯能力的范围,并对超出其能力范围瓦斯涌出量的综放工作面寻求瓦斯治理的补充手段。

1 综放工作面排瓦斯巷两种型式的原理

1.1 “U+L”型通风方式瓦斯排放的原理

“U+L”型通风工作面排瓦斯巷布置在回风巷外侧,通过联络巷与采空区连通,工作面漏风向工作面后方排瓦斯巷联络巷移动并排出流经区域内的瓦斯 (见图1)。同时,借用“Y”型通风的原理,在“U+L”型通风方式下综放工作面回风上隅角通过打木垛的方式沿空留巷,使风流带动上隅角瓦斯往采空区流动,有效地解决回风隅角瓦斯积聚问题。

图1 “U+L”型通风系统示意图

1.2 “U+I”型通风方式瓦斯排放的原理

“U+I”型通风工作面排瓦斯巷布置在回风巷内侧,直接与采空区连通,工作面漏风向排瓦斯巷移动并排出流经区域内瓦斯 (见图2)。在回风隅角退锚、充填的同时降低回风巷负压,增加排瓦斯巷负压,充分发挥排瓦斯巷作用,并抑制采空区瓦斯从回风隅角涌出,有效地解决了上隅角瓦斯积聚问题。

图2 “U+I”通风系统示意图

2 两种通风方式下排瓦斯巷瓦斯治理情况

近年来,成庄矿综放工作面同时使用“U+I”型通风方式下排瓦斯巷和“U+L”型通风方式下排瓦斯巷进行瓦斯治理。表1为各采面瓦斯超限情况统计。

从统计情况可以发现:“U+L”型通风方式工作面断电频次远低于“U+I”型通风方式工作面的断电次数,说明“U+L”型通风方式相对“U +I”型通风方式不易出现瓦斯超限。“U+L”型通风方式工作面未出现高浓度瓦斯,安全性好。由此看出,“U+L”型通风方式下排瓦斯巷在瓦斯治理效果上明显好于“U+I”型通风方式下排瓦斯巷的瓦斯治理效果。

表1 采面瓦斯超限情况统计表

2.1 “U+I”型通风方式下综放工作面瓦斯治理对策

对于成庄矿采用“U+I”型通风方式的工作面,在回采过程中,主要采取以下措施进行瓦斯治理。

(1)加强通风管理。确保采面通风系统稳定,排瓦斯巷和回风巷配风合理。

(2)加强“U+I”型通风方式下排瓦斯巷的维护,防止排瓦斯巷塌透,确保排瓦斯巷的使用。

(3)加强对综放工作面地质构造、瓦斯地质、顶板岩性、顶板各分层厚度情况的预报。

(4)将各综放工作面老顶来压位置、强度、矿压显现资料及时进行总结,对综放工作面周期来压进行预报,超前预防。

(5)进、回风隅角坚持退锚处理,确保切顶线以里顶板能有效垮落。

(6)正常生产过程中应保证进风隅角切顶线处风障正常使用,封闭严密。每天检修班施工队组必须取掉进风切顶线处风障疏排采空区瓦斯。

(7)采用引巷抽放、采空区埋管抽放、钻孔抽放或者以上多种方式相结合的综合抽放。

2.2 防范瓦斯异常涌出造成事故的措施

(1)加强机电管理,确保机电设备防爆,确保瓦斯断电保护灵敏可靠。

(2)合理组织生产,通过监督确保采面均衡生产,杜绝集中生产和突击生产。

(3)在“U+I”型通风方式下排瓦斯巷中安设风速传感器,监测排瓦斯巷风量,排瓦斯巷风量异常时,及时排查处理排瓦斯巷。

3 两种通风方式下排瓦斯巷的经济效果分析

3.1 “U+L”型通风方式下排瓦斯巷的优缺点

(1)优点:工作面风流较稳定、排放采空区瓦斯范围大,不容易出现瓦斯在上隅角和排瓦斯巷中高浓度涌出的现象。同时回风巷与排瓦斯巷加大风量可以稀释更高浓度的瓦斯。

(2)缺点:需要施工大量的联络巷,增加了巷道掘进工程量;联络巷多导致漏风量增大,给通风系统管理增加了难度;切顶线以里排瓦斯巷、联络巷和上隅角通道维护工程量大;降低了采区回采率。

3.2 “U+I”型通风方式下排瓦斯巷的优缺点

(1)优点:不需要施工大量的联络巷,巷道断面积也相对较小,减少了大量的巷道工程。同时,还能提高资源回收率。

(2)缺点:受工作面超前压力作用,容易出现排瓦斯巷顶板严重变形,甚至堵死的现象,造成排瓦斯巷失效;“U+I”型通风方式下排瓦斯巷对采空区深部的瓦斯影响不大,采空区顶板来压会造成排瓦斯巷或上隅角高浓度的瓦斯涌出;“U+I”型通风方式下排瓦斯巷底板易发生塌透和割透现象,导致上隅角和后部三角区瓦斯浓度超限影响生产。

4 排瓦斯巷技术在厚煤层综放工作面瓦斯治理中的应用前景

通过加强排瓦斯巷管理,充分发挥排瓦斯巷排放采空区瓦斯的作用,才能保证高瓦斯工作面的安全生产。“U+I”型通风方式下排瓦斯巷具有明显的经济效益优势。但相对“U+I”型通风方式下排瓦斯巷而言,“U+L”型通风方式下排瓦斯巷能带走采空区深部瓦斯,从而降低了采空区深部瓦斯浓度。采用“U+L”型通风方式下排瓦斯巷疏排采空区瓦斯,可降低周期来压影响范围内采空区瓦斯浓度,从而减少来压期间的瓦斯涌出浓度。综合以上分析,综放工作面利用“U+L”型通风方式下排瓦斯巷治理瓦斯问题,在效果上明显好于“U +I”型通风方式下排瓦斯巷,在瓦斯管理和通风安全上更优于“U+I”型通风方式下排瓦斯巷。因此在采面设计时排瓦斯巷尽可能采用“U+L”型通风方式布置。

在同时具备以下有利条件时,可以考虑使用“U+I”型通风方式进行瓦斯排放:

(1)当综放工作面绝对瓦斯涌出量在25 m3/min以下时。

(2)煤体坚硬、整体性好,无断层等强烈地质破坏带,煤厚稳定在6.5 m以上。

“U+L”型通风方式可以适应复杂的地质条件和顶板条件,但需要做一定的改进,具体如下:

(1)改进联络巷施工工艺;缩短联络巷间距为30～35 m;加强排瓦斯巷、联络巷及联络巷两端头的支护。

(2)加强放顶煤管理,探索排尾架放顶煤工艺,减少采空区丢煤和瓦斯释放,提高资源回收率。

总之,如果矿井地质结构复杂,矿压显现强烈,瓦斯涌出量不断增加,应慎重使用“U+I”型通风方式。同时,随着矿井向深部延伸,煤层上覆基岩厚度增加,煤体瓦斯含量和瓦斯压力将进一步增加,给综放工作面安全生产形成更大的威胁,由于综放工作面通风能力趋于饱和,必须实施瓦斯综合抽采。在逐步建立健全抽采系统的同时,必须完善抽采工艺,加强抽采管理,提高抽采效果。

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(责任编辑 梁子荣)

A comparative study on gas control effects by"U+L"type and"U+I"type gas drainage drifts in top coal caving longwall faces

Wu Yuguo,Wu Jianming,Wang Junfeng,Zhou Chunshan
(College of Mining Technology,Taiyuan University of Technology, Taiyuan,Shanxi province 030024,China)

TD725

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吴玉国 (1978-),男,讲师,主要从事煤矿安全的教学与科研工作。