并列双U型通风方式在高瓦斯矿井综采工作面瓦斯治理中的应用

苗惠东

（晋城煤业集团寺河矿，山西省晋城市，048019）

并列双U型通风方式在高瓦斯矿井综采工作面瓦斯治理中的应用

苗惠东

（晋城煤业集团寺河矿，山西省晋城市，048019）

针对寺河矿二号井15＃煤层本煤层瓦斯含量大、上覆采空区及邻近层瓦斯涌出量大的实际问题，在瓦斯抽放的基础上，提出了一种新型的并列双U型通风方式，并对该通风方式的构成、特点、关键技术及其与大U套小U型通风方式的区别进行了论述。通过在XV1301工作面的瓦斯治理实践表明，并列双U型通风方式通风能力大、瓦斯处理能力强，可消除上隅角风流涡流状态，不易积聚瓦斯；工作面上隅角、回风尾部联络巷及两条回风巷瓦斯浓度始终处于受控状态且有较大的富余系数，保证了工作面的高效安全生产。

并列双U型通风方式 瓦斯治理 瓦斯抽放

寺河矿二号井隶属于晋城煤业集团，与寺河矿属于一个采矿证、两个生产井，主要开采9＃和15＃煤层，矿井相对瓦斯涌出量为15 m3/t，绝对瓦斯涌出量为63 m3/min，为高瓦斯矿井。XV1301综采工作面位于15＃煤层一盘区，是15＃煤层的首采工作面，上覆9＃和3＃煤层均已采空，煤层间距分别为30 m和80 m左右。15＃煤层瓦斯含量平均为10.14 m3/t，煤层瓦斯含量大，加之上覆采空区及邻近层瓦斯涌出影响，虽然采取了瓦斯抽放措施，但煤炭采掘最终须通过通风工作稀释并排出有毒有害气体、提供适宜的工作环境才能安全进行，选择合理的通风方式和配风量是高效治理瓦斯的关键。因此，在XV1301工作面布置时选用了并列双U型通风方式、综合机械化跨巷回采工艺。

1 并列双U型通风方式原理

并列双U型通风方式是在工作面布置5条巷道，其中3条进风巷，2条回风巷，具体布置如图1所示。XV13013巷为工作面主进风巷，亦为工作面主运输巷；XV13011巷为工作面辅助进风巷，两巷间每400 m有联络巷沟通；XV13012巷为工作面主回风巷并担负工作面的辅助运输任务，XV1014巷为工作面辅助回风巷，两巷贯穿整个工作面并在停采线附近通过联络巷将风流混合，一并汇入盘区总回风巷，XV13012巷与XV13014巷之间每隔50～75 m有联络巷沟通，并在联络巷内建有调风设施控制风量；XV13015巷为工作面的另一条进风巷，位于工作面的回风侧。XV13013巷和XV13011巷两条进风巷风量到工作面机头后，大部分清洗工作面后至工作面机尾并进入XV13012回风巷，另一小部分漏入采空区并通过尾部联络巷进入XV13014巷和工作面机尾处，XV13015巷配风对XV13014巷瓦斯进行稀释排放。XV13013巷和XV13011巷两条进风巷与工作面、XV13012巷形成U型通风系统，主要稀释工作面落煤瓦斯和上隅角瓦斯；XV13015巷与XV13014巷形成另外一个与前一个U型通风系统并列的U型通风系统，主要稀释尾部联络巷涌出的瓦斯，这就形成了工作面并列双U型通风方式。其治理上隅角瓦斯的主要原理是改变上隅角风流涡流流场状态，消除上隅角积聚瓦斯的客观条件，并进行合理配风。

图1 XV1301综采工作面的通风系统示意图

2 并列双U型通风方式与大U套小U型通风方式的比较

并列双U型通风方式与大U套小U通风方式相比，大U套小U的“大U”随着采空区的加大，其绕采空区的线路增长，经过的采空密闭墙也增多，通风负压作用的采空面积也变大，这就会把采空瓦斯带入“大U”中的回风巷，如密闭不严密、煤柱压疏漏风，则会造成瓦斯超限，增加风量会带出更大瓦斯量，“大U”失去效用；而并列双U型通风方式中相当于“大U”的“U”线路不经过采空区，或者说经过的通风负压作用的采空区面积小，且可任意增大风量，并有抑制采空区瓦斯涌出的作用，因此其处理瓦斯能力大。虽说并列双U型通风方式比大U套小U通风方式多施工一条巷道，但均可为下一工作面复用，而且不用留设工作面切眼与通风巷之间的煤柱。另外，从管理上讲并列双U型通风方式中的“U”比“大U”更易于风量调配和密闭施工。

3 并列双U型通风方式的关键技术——尾部联络巷设置

采用并列双U型通风方式治理瓦斯关键技术是尾部联络巷的设置，它是改变上隅角风流流场的关键工程。

3.1 巷道间距的合理确定

巷道间距太大容易把采空区深部高浓度瓦斯带出，造成超限事故，间距太小则工程量大，效率低。在XV1301工作面经过试验选择，间距控制在75 m左右较为合理。

3.2 巷道通风畅通

必须保证尾部联络巷到工作面通风畅通，即在回风采空区煤柱侧沿煤柱间隔4～6 m施工木垛以保证上隅角到尾部联络巷通风畅通。在XV1301工作面试验中，保证尾部联络巷风量至少在400 m3/min左右；如遇条件不允许无法施工木垛或通风不畅时，则要在XV13012巷增加调风设施增阻以保证尾部联络巷过风量，如图2所示。

图2 尾部联络巷通风系统示意图

3.3 漏风严格控制

严格控制机头处向采空区的漏风量。从机头处漏入采空区的风量越多，则从采空带出的瓦斯越多，越不易治理。理想的状态是漏入采空区的风量尽量沿液压支架尾梁前行，到机尾的十几个架处再分开，一部分回上隅角，一部分到尾部联络巷，这样上隅角涡流场移入采空区，流入尾部联络巷的风流也抑制了采空区深部瓦斯涌出。但实际上很难做到理想状态，因此只有严格地在机头处的十几架支架上挂风障控制漏风量，使漏风量合理并尽量减少漏风流经采空的面积，如图3所示。

图3 采空区漏风的风流流场示意图

4 “并列双U”型通风方式下抽放治理瓦斯

15＃煤层到9＃煤层之间有11＃煤层，约厚400 mm，以及13＃、14＃煤线，3＃煤层到9＃煤层间距50 m，之间有5层煤，总厚度平均在2～2.5 m；因此XV1301综采工作面瓦斯涌出除了本煤层瓦斯外，上覆煤层及3＃煤、9＃煤层采空区的瓦斯在矿井通风负压作用下也逐步向工作面运移，造成工作面瓦斯涌出量增大。在XV1301综采工作面采用了多种形式的抽放来抑制或降低瓦斯涌出量，减少风排压力，保障安全生产。

4.1 9＃煤层采空区瓦斯抽放

XV1301综采工作面位于9＃煤层三盘区之下，工作面走向垂直于9＃煤层的8个采煤工作面采空区，随着工作面的推进，工作面采空区自然垮落必然沟通9＃煤层采空区，9＃煤层采空区及其上邻近层及3＃煤层采空区瓦斯会在矿井通风负压作用下大量涌入到XV1301采空区，加大了瓦斯治理难度；为了防止或减少这部分瓦斯涌入工作面，利用在9＃煤层三盘区回风巷铺设的抽放管路加大9＃煤层采空区瓦斯抽放力度，并且对抽放量进行调节，即XV1301工作面推进到对应的9＃煤层工作面采空区，则加大该工作面采空区瓦斯抽放量，并降低其它采空区的抽放量，也就是要保证工作面对应的上覆采空区抽放量最大。采用这种抽放形式，9＃煤层三盘区采空区瓦斯抽放浓度在37%～44%，纯量一直保持在13 m3/min以上，很好地抑制了上覆煤层及3＃煤层、9＃煤层采空区的瓦斯涌入工作面。

4.2 本煤层瓦斯抽放

在工作面XV13012巷施工本煤层钻孔，钻孔直径95 mm，钻孔长度100～130 m，钻孔间距5～8 m。本煤层抽放试验共施工180个钻孔，覆盖工作面走向长1000 m左右，将其接入抽放系统，在孔口负压达到15～20 kPa情况下，总的瓦斯抽放浓度为2.5%～6%，纯量最大为2 m3/min左右，经过测算煤层瓦斯经过10个月的抽放后，抽放率不到16%，本煤层抽放效果不明显。

4.3 本煤层采空区抽放和上邻近层瓦斯抽放

本煤层采空区采用已封闭的尾部联络巷埋管接入抽放系统进行抽放，采用这种方式初采期间抽放效果不大，但随着工作面推进，采空区面积增大，抽放采空区深部瓦斯时本应取得良好效果，但实际抽放效果并不理想，抽放浓度多数在1%以下，抽放量不足1 m3。分析原因主要是由于采用一次采全高，采空区内丢煤很少，采空区围岩瓦斯涌出量有限，上覆邻近层瓦斯由于受9＃煤层抽放系统抽放负压制约，涌入采空区的瓦斯量也很少，使采空区难以积聚高浓度瓦斯，也就必然导致抽放效果不理想。为了对上邻近层抽放，选择在XV13014辅助回风巷内巷工作面施工倾向钻孔进行瓦斯抽放试验，即提前在尾部联络巷内施工5～8个扇形钻孔，孔长60 m，孔径113 mm，终孔间距设计为10 m左右，终孔位置距本煤层顶板垂距为18 m，待工作面回采过去后，联通抽放系统进行抽放，但由于15＃煤层在顶板跨落后上覆岩层淋水较多，抽放钻孔抽出的基本全是水，瓦斯抽放几乎没有效果。

5 并列双U型通风方式在XV1301工作面应用及效果检验

XV1301工作面实际配风量介于2527～2713 m3/min之间，其中XV13013巷和XV13011巷两条进风巷进风量在2100 m3/min左右，其中1500 m3/min风量经工作面进入回风巷XV13012巷，其余600 m3/min风量通过架间缝隙漏入支架后侧及采空区，这部分漏入采空区的风量约200 m3/min顺着支架尾梁后侧间隙到达工作面上隅角并进入XV13012回风巷，另外约400 m3/min风量进入尾部联络巷并排入XV13014巷，并经由XV13015巷的460 m3/min新鲜风进行稀释，进入盘区总回风巷。

图4 工作面上隅角、回风及回风尾部联络巷瓦斯浓度曲线图

XV1301综采工作面应用并列双U型通风方式治理上隅角瓦斯取得了良好的效果。工作面上隅角瓦斯浓度和回风的瓦斯浓度基本一致，维持在0.35%～0.65%之间，工作面风排瓦斯量的增减对上隅角瓦斯浓度变化影响并不显著，上隅角和回风流中的瓦斯始终处于受控状态，尾部联络巷瓦斯浓度基本上不超过1%，经稀释后XV13014巷的瓦斯浓度基本控制在0.6%以下，均有较大的富余系数。工作面上隅角、回风及回风尾部联络巷瓦斯浓度曲线如图4所示。

6 结论

（1）并列双U型通风方式是一种新型的长壁采煤工作面通风方式，其通风能力大、处理瓦斯能力强，消除上隅角风流涡流状态，使其不再积聚瓦斯。

（2）并列双U型通风方式下工作面上隅角、回风尾部联络巷及两条回风巷瓦斯浓度始终处于受控状态且有较大的富余系数。

（3）为保证并列双U型通风效果，其尾部联络巷间距应设置合理、保证风流畅通，并严格控制漏风。

（4）XV1301工作面上覆9＃煤层的瓦斯抽放可有效抑制上覆煤层瓦斯涌入开采层，但本煤层及邻近层瓦斯抽放效果均不明显，合理的通风方式是高效治理瓦斯的关键。

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Application of parallel double－U ventilation mode to gas control on fully mechanized work face of high gas coal mine

Miao Huidong
（Sihe Coal Mine，Jincheng Anthracite Mining Group，Jincheng，Shanxi 048019，China）

Aiming at the characteristics of No.15 coal seam of No.2 mine in Sihe coal mine，such as high gas content，undergo a f and heavy gas outflow from adjacent coal seams，a new parallel double－U ventilation mode was put forward on the basis of gas drainage，whose structure，characteristics and key technology were described.And the differences between this ventilation mode and small U embraced by big U ventilation mode were discussed.The gas control on the XV1301 work face showed that the parallel double－U ventilation mode has such advantages as large ventilation capability，strong gas control capability，and no eddy airflow in the upper corner，so gas was difficult to accumulate.The gas contents in the upper corner of workforce，the connection space at the end of return airways and two return airways were always kept under control and low enough to ensure high efficient and safe production on the work face.

parallel double－U ventilation mode，gas control，gas drainage

TD724

A

苗惠东（1967－），男，山西长子人，高级工程师，现任寺河矿二号井总工程师，主要从事矿井开采及一通三防方面的技术研究。

（责任编辑 梁子荣）