下行通风在西峪煤矿的应用实践

张志斌，王 飞

（1.太原西峪煤矿，太原 030021；2.太原理工大学 矿业工程学院，太原 030024）

1 矿井概况

太原西峪煤矿年产1.2 Mt，采用中央边界抽出式通风系统，由主、副井进风，奥子脑风井回风。矿井总进风量8 600 m3/min，总回风量8 860 m3/min。主、备均为GAF25-13.3-1型扇风机，电机功率1 250 kW。回采工作面采用“U”型通风方式，设计配风量1 350 m3/min。矿井绝对瓦斯涌出量13.63 m3/min，相对瓦斯涌出量4.41 m3/min。煤尘有爆炸性，煤层自燃倾向性为Ⅲ类，煤层瓦斯含量3.515～5.059 m3/t，煤层瓦斯压力0.43 MPa，钻孔瓦斯流量衰减系数0.073～0.115 d-1，煤尘透气性系数1.798 m2/MPa2·d，属于较难抽放煤层。

矿井采用采区前进式开采、倾斜长壁后退式和走向长壁后退式采煤法，巷道均用锚杆和锚索支护、全部垮落法管理顶板。近年来，随着矿井采煤方式由原来的普采及炮采转变为综采一次采全高和综采放顶煤开采，工作面瓦斯涌出发生了变化，引起上隅角瓦斯浓度升高、生产过程中常常超限，需要设法保证安全生产。

2 西峪煤矿使用下行通风之前瓦斯治理存在的问题

西峪煤矿回采面一直采用“U”型上行通风。其缺点是：上行风时采空区涌出的瓦斯大多从上隅角涌出，由于浮力因素不易和空气混合，上隅角处易形成涡流，造成通风不畅，经常导致上隅角瓦斯超限。

2.1 回采期间存在的问题

回采面上隅角瓦斯管理先后采用了挂风幛、调整工作面配风、调整通风方式为U+L型、抽出式风机抽排上隅角瓦斯、利用移动瓦斯抽放泵站抽放上隅角及采空区瓦斯等方式。分析上述方法，存在以下缺陷：①挂风幛为临时采取的措施，挂设方式人为性很大，很不稳定，只适用于瓦斯较小的工作面。②调整工作面配风没有针对性，且需经常改变。③采用U+L型通风方式，需在工作面外侧建一条与回风巷平行的尾巷，增加了掘进量。由于尾巷压力大、长期不能正常维修，导致失修严重、维修难度大，下一个工作面无法使用，影响了采掘衔接。由于对回风巷与尾巷的贯眼间距把握不准，调整不及时会导致瓦斯超限。尾巷内的通风不稳定，瓦斯浓度较高，管理存在隐患。④抽出式风机抽排上隅角瓦斯，由于受抽出式风机防爆性能影响，安全性差、且抽排量小，只适用于瓦斯较小的工作面；风机装在回风巷内，管理难度大。⑤开采煤层属难抽放煤层，利用移动瓦斯抽放泵站抽放上隅角及采空区瓦斯，受抽放方式影响，抽放率较低，效果不明显。

由于瓦斯治理措施存在上述问题，上隅角瓦斯超限一直得不到有效解决。3516、6607回采工作面由于瓦斯超限处理难度大、上隅角频繁超限，导致工作面提前回收；其他工作面上隅角也有瓦斯超限现象。

2.2 回收期间存在的问题

1）西峪煤矿综采面通常采用的回收方法是：在原切眼内提前做一高2.4 m，宽3 m的撤架巷,该巷每隔3～6 m视情况打一木垛（2 m×2 m，板料0.2 m×2 m），配小木棚子护顶，木架不回收以保证撤架巷风路畅通，当压力大或顶板破碎时，视情况再增加点柱或木垛。若因撤架巷冒顶、风路不畅时，需在工作面进风巷与切眼交汇处构筑一道密闭，并在回风联络巷安装局扇，利用风筒经工作面回风巷将风流送至回收处。若因风量不足造成上隅角瓦斯超限，则将风筒出风口引至工作面上隅角上风侧10～20 m，以增大风量，稀释上隅角的瓦斯。

这种通风方式存在的隐患是：回收后的工作面空间架木垛支护，利用其空间进行通风保证工作面设备回收。由于顶板的垮落，使得通风风量很不稳定，瓦斯随风流通过采空区从上隅角处涌出，很易造成瓦斯超限。回收开始后由于通风系统被破坏，依靠局扇风量，很难稀释上隅角涌出的瓦斯、造成瓦斯超限。综采面由于回收时需保证设备的运输，但空间狭窄，风机、风筒很难安装，对安全造成很大隐患。回收时设备处于采空区下风侧，尤其是在上隅角处安装一部绞车，从采空区涌出的瓦斯随风流带入设备空间，造成瓦斯浓度增高甚至超限，影响设备正常运行。由于回收方向与风流方向一致，作业人员始终在回收地点下风侧，人身安全难保。因此，利用上述通风方式回收有其隐患。

3 下行通风降低上隅角瓦斯浓度的可行分析

解决上隅角瓦斯积聚、降低上隅角瓦斯涌出量是首要关键。根据现场实践分析，下行通风可解决上隅角瓦斯问题，且下隅角不会积聚瓦斯[1]，原因如下：

1）回采工作面上隅角瓦斯涌出量受采空区漏风量影响，采空区漏风量由工作面采空区两端的压差决定，而工作面采空区两端压差受工作面上、下隅角处的高差、温差影响。下行通风时，工作面下隅角为回风侧，温度较高，与采空区温差较小，可减少下隅角与采空区间的风压差；由于下行通风时风流方向与自然风压相反，采空区自下而上的自然风压也可抵消一些采空区漏风风压，故工作面与采空区的总压差小于上行通风。因此下行通风时采空区的漏风量小于上行通风，从采空区带出的瓦斯小于上行通风。瓦斯涌出量要低于上行通风。故上隅角瓦斯积聚量减小。

2）下行通风时，由于其风流方向与瓦斯浮力方向始终相反，故风与瓦斯之间的相对运动速度加大，两者混合能力增强，瓦斯更易和空气混合，更易于吹散和稀释瓦斯，减少瓦斯积聚[2]。根据以上原因和实地考察，最终提出通风系统调整为下行通风解决瓦斯问题。

4 使用下行通风后的效果

1）工作面设备回收时调整为下行通风后，上隅角及回风流瓦斯浓度一直保持0.2%～0.5%，实现安全回收。

2）下行通风在设备回收取得成功后，又在几个回采面试验，均取得了较好效果，工作面上隅角及回风流瓦斯浓度大幅降低。根据测定，上行通风时上隅角瓦斯浓度1.0%以上，下行通风时最高0.49%～0.7%。从现场试验看，下行通风是解决回采工作面上隅角瓦斯超限的较有效的一种通风方式。

5 下行通风的优点及存在的问题

1）工作面设备回收采用下行通风时，人员与设备均在进风侧，避免了瓦斯积聚的隐患，减少了回风隅角瓦斯积聚，已成西峪矿回采工作面设备回收的首选通风方式。

2）下行通风时处理上隅角瓦斯积聚在低瓦斯区效果明显，但上隅角瓦斯浓度高时还需其他措施联合使用。实践表明，上隅角瓦斯浓度最高在1.5%～2%以下时，改为下行通风可降至0.8%以下；上隅角瓦斯浓度达到3%时改为下行通风其浓度也在1.0%以上。

3）下行通风时处理上隅角瓦斯积聚对综采一次采全高工作面效果明显，但对综放工作面则由于后部溜子瓦斯不稳定需谨慎使用。实践表明，下行通风对综放工作面后部溜子空间瓦斯浓度降低不明显。根据经验，上行通风时工作面瓦斯涌出明显变化界点在后15架，此后瓦斯浓度较前有明显增大；而下行通风瓦斯涌出明显变化界点在后30架，此后瓦斯浓度较前有明显增大。其原因是：①可能在下行通风时通风动力减小或通风不畅，引起漏风带宽度增加。据实测，下行通风漏风带可由上行通风的15 m增至20～30 m。②可能是后部溜子空间范围内通风不畅、风量较小，不足以带走此处积聚的瓦斯。

4）下行通风时处理有上覆采空区瓦斯涌出时有利于上行通风，主要是因其风流 方向与瓦斯浮力相反，下行风流不会漏入采空区与积聚的瓦斯混合并带出瓦斯。但在邻近层有未解放层时由于其瓦斯大量涌入采空区，导致回风隅角瓦斯增大，而与上行通风相比变化不大。

5）下行通风在本煤层煤壁涌出瓦斯较小、工作面瓦斯主要为采空区涌出时，效果明显；但在煤壁涌出瓦斯较大时，效果则不明显。

6）下行通风时，按常规一般采用下行同向运输，机电设备布置在回风流，加大了管理难度。本矿采用了下行逆向运输，利用进风巷运输，解决了这一隐患。

7）为便于工作面及时调整风流方向，西峪矿在工作面掘进期间，在进风、回风巷各设联络巷并与采区回风巷相通。

8）工作面配风必须合理。当工作面配风较小、风速较低时，易造成瓦斯积聚，尤其是综放工作面后部溜子空间最为明显；因此，必须加大工作面风量。再者，下行通风阻力大于上行通风，配风相对困难，调整通风系统之前，必须结合采区通风系统考虑。

9）下行通风时采空区滞留瓦斯浓度高。现场实测，上隅角处采空区瓦斯浓度最高曾达9%；下行通风时采空区漏风不稳定，可能引起采空区瓦斯经常变化，必须加强采空区瓦斯管理、监测。

10）加强上隅角管理。采空区回柱要放齐，否则易形成涡流，造成瓦斯积聚。放顶煤工作面必须加强放顶工作，机尾放顶煤效果不好，对漏风带宽度增加有明显影响。生产过程中，要及时掌握工作面两条顺槽高差的变化情况。当两条顺槽高差发生变化，引起下行通风变为上行通风时，要及时采取措施。实际工作中，下行通风要与其他瓦斯治理措施结合使用。