霍尔辛赫煤业Y型通风治理瓦斯的可行性分析

景刚刚

（山西霍尔辛赫煤业有限责任公司，山西 长治 046600）

煤炭工业的大采高大跨度工作面成为行业趋势，但是高产高效工作面的瓦斯涌出量也随之增大、受瓦斯超限问题影响。采用何种通风方式，能够有效降低回风流瓦斯浓度、解决上隅角瓦斯超限问题，将是煤矿安全生产的重要环节。

1 采空区的瓦斯分布规律和移动特征

1）表1是采用分源预测法间接算出的山西霍尔辛赫煤业矿井采空区瓦斯涌出比例情况，表中采空区瓦斯涌出量均占整个矿井总涌出量的30%以上（有时可达40%），增加了矿井通风负担和潜在安全隐患，必须深入了解采空区瓦斯的分布规律和移动特征，采取可靠有效方法、保障井下作业安全。冒落带。处于弯曲下沉带内的煤岩体并未完全破坏，仅仅呈现整体弯曲下沉，其瓦斯渗入至采空区的量是很低的。裂隙带煤岩体中的瓦斯在压力作用下通过贯通裂隙进入采空区，大量聚积在采空区顶板附近处于冒落带的煤岩体由于垮落使瓦斯直接进入采空区[1]。

3）采空区煤岩块之间的空隙分为：采动空隙和原有裂隙。采动空隙一般间距较大，与工作面采高、冒落带岩性、节理构造等因素有关。原有裂隙只与煤岩性质和原始地应力有关，可视为均匀分布。尽管大量的采动空隙与原有裂隙构成了采空区内很复杂的气体流动网络，但从宏观来看，采动空隙是瓦斯流动的最主要通道，通常认为采空区瓦斯在风流作用下经采动裂隙涌入到工作面和回风巷中，采空区内瓦斯气体的运移主要表现为煤岩体内的解吸、扩散、渗透和在采动空隙间的紊流[2]。

表1 采空区瓦斯涌出量占整个矿井瓦斯涌出量的比例 %

2）采空区主要由工作面少量遗煤、顶板垮落岩块、受开采扰动影响从本工作面四周煤岩体涌入到采空区的解吸瓦斯，以及煤岩块之间的空隙组成。由于本煤层开采打破了原始地应力的平衡，造成围岩应力重新分布，工作面四周煤岩体向采空区发生移动变形，此时四周煤岩体经卸压后围岩裂隙变大，透气性显著增加，解析瓦斯通过围岩裂隙大量渗入到采空区，尤以上覆岩层瓦斯渗入更为突出。上覆岩层经卸压后，从上往下依次形成弯曲下沉带、裂隙带、

2 单U型通风工作面的采空区瓦斯涌出分析

单U形通风中，新鲜风流从进风巷进入到采场，稀释并带走采场内大部分粉尘和有毒气体，污浊风流经回风巷流入专用回风大巷排出；但在实际通风中，新鲜风流由进风巷进入采场时，不可避免地将有小部分风流漏入采空区中，形成漏风流（见图1）；这股风流会把采空区中的瓦斯经采动空隙从上隅角带出，引起上隅角瓦斯超限，造成回风巷中的瓦斯浓度增大，影响到工作面安全高效生产。

图1 单U型通风风流方向

山西霍尔辛赫煤业采用这种通风方式，目前开采煤层瓦斯含量较低，通风量尚能满足需求。根据监测数据，回风流瓦斯浓度最高已达0.69%，随着开采深度递进，瓦斯涌出量会增加，回风流瓦斯浓度必然超限，需要改善通风系统，增加风量或抽采瓦斯。

3 双U型通风工作面的采空区瓦斯涌出分析

双U型通风是在原有单U型通风基础上再增加了一个U型通风，两个U型巷道之间用联络巷贯通，两条巷道进风，两条巷道回风。整体通风能力加强（见图2），漏风流在采空区形成分支，一股流入回风巷，一股流入瓦排巷，有效降低了回风流瓦斯浓度，上隅角瓦斯问题得到缓解，实现了对采空区瓦斯涌出和上隅角瓦斯超限的有效治理[3]。虽然双U型通风对采空区瓦斯涌出治理有一定效果，但是每回采一个工作面需要掘进4条顺槽，掘巷工程量大、工期长，且两条巷道之间需留设煤柱，造成煤炭资源损失。

图2 双U型通风风流方向

4 Y型通风工作面的采空区瓦斯涌出分析

1）Y型通风的采空区风流特征：见图3，主进风巷的进风流一些风流通过回采工作面，稀释本煤层瓦斯，并流入沿空回风巷，另一些风流经采空区空隙有序地向沿空回风巷漏风，使采空区瓦斯直接进入沿空回风巷。副进风巷进风流的作用主要是为驱散工作面上隅角瓦斯，并有稀释沿空回风巷瓦斯浓度的作用，避免了像U型通风方式那样采空区瓦斯集中涌向工作面上隅角。

图3 Y型通风风流方向

2）Y型通风的适用性分析：根据Y型通风主、副进风巷的作用，推导出其配风量算式[4]：

式中：Qz为主进风巷配风量，m3/min；Qf为副进风巷配风量，m3/min；Qh为总配风量，m3/min；Qc为工作面绝对瓦斯涌出量，m3/min；K1为瓦斯涌出不均衡系数，一般取1.2～2.1；K2为采空区漏风率，一般取10%～30%；K3为通风方式系数，反映采空区瓦斯涌向工作面的百分率，Y型通风K3=0.2，U型通风方式为1；a为煤壁及落煤涌出比率，一般取60%～40%；b为采空区瓦斯涌出比率，一般取40%～60%；C1为回采面瓦斯允许浓度，%；C2为沿空回风巷瓦斯允许浓度，% ，以上各参数在有实测值情况下均取实测值。由式（2）看出：①只有b值较大，采空区瓦斯涌出比率较高时才有意义，否则副进风巷配风量就为负值，这显然是不合适的。从通风角度讲，采空区瓦斯涌出很小时，采用Y型通风没有必要，U型通风就能满足需求。②沿空回风巷允许瓦斯浓度与回采面相同时，C2-C1=0；Y型通风方式的主要作用是避免回采面上隅角瓦斯积聚超限。当C2-C1＞0，沿空回风巷允许瓦斯浓度高于回采面时，将沿空回风巷视为专用排瓦斯巷，才能真正提高Y型方式的通风能力和稀释排除瓦斯的能力。因此，采用Y型通风方式（相较于U型通风或双U型通风），巷道掘进量少，有利于提高资源回收率和综合经济效益[5]；不足之处在于沿空回风巷维护较困难。

5 结论

分析了单U型通风、双U型通风、Y型通风的采空区风流特征。当采空区瓦斯涌出量低时，采用单U型通风更合理。当采空区瓦斯涌出量较大时，采用U型通风容易造成回风流瓦斯超限、严重影响矿井安全生产，此时采用双U型通风或Y型通风更合理。双U型通风可有效降低回风流瓦斯浓度，缓解上隅角瓦斯超限问题，但巷道掘进工程量大，浪费人力、物力和财力。Y型通风可从根本上完全消除工作面上隅角瓦斯超限威胁，在较低通风量时亦能保障矿井安全生产。随着矿井开采深度增加，潞安集团大多矿井都会面临瓦斯治理问题，尝试采用Y型通风解决采空区瓦斯涌出问题，值得参考。

[1]盛燕宇.论采空区瓦斯分布规律及瓦斯抽采方法的研究[J].科技创新导报，2012（10）:5.

[2]林柏泉，周世宁，张仁贵.U型通风工作面采空区上隅角瓦斯治理技术[J].煤炭学报，1997（10）:509-513.

[3]吴玉国，邬建明，王俊峰,等.双U型通风系统综放开采采空区瓦斯分布规律[J].煤炭学报，2011（10）:1704-1708.

[4]吴世跃，郭勇义.Y型通风方式治理高产综采面瓦斯的研究[J].西安科技大学学报，2001（9）:205-207.

[5]杨晓红，马步才，樊少武.沿空留巷Y型通风瓦斯治理效果分析[J].煤炭科学技术，2011（7）:46-48.