不同通风系统设计对瓦斯治理效果研究

2019-04-16李登

山西化工 2019年6期

李登

(山西焦煤集团有限责任公司屯兰矿，山西古交 030206)

引言

影响矿井安全生产的因素很多，比如顶板、水、火、粉尘、瓦斯等，在众多灾害中，瓦斯爆炸对矿井的危害最大，其爆炸产生的高温高压以及冲击波对作业人员及矿井巷道和设备损毁极大，一直以来都制约着矿井的安全生产。现阶段，随着采掘深度不断增加，煤层中赋存瓦斯含量也逐渐增多，采掘振动作用使煤体瓦斯卸压解吸呈游离态，游离瓦斯向采掘空间运移，导致工作面瓦斯浓度增加，最终会造成瓦斯超限，酿成事故。目前一些学者针对瓦斯治理问题，研究出多种通过改变通风系统设计方法，而达到对治理瓦斯效果最大化[1-6]。本文通过对不同通风系统的设计来分析和研究通风系统对瓦斯治理的效果，从而对今后风排瓦斯治理技术提供一定的借鉴和指导。

1 矿井通风方式及系统设计

1.1 矿井通风方式

矿井通风方式主要有压入式、抽出式两种，且各有优缺点，其中抽出式通风方式的主扇位于回风井，利用主扇提供的负压抽出有毒有害气体。抽出式通风主要是进风段风速小，风排瓦斯的速度快，且矿井风压呈负压状态，当主扇停风时不引起采空区有毒有害气体突然涌出方面比较有利。压入式通风方式主扇位于进风井，利用主扇提供的正压压入新鲜空气，排出污浊空气，其矿井风压呈正压状态，可减少井巷、采空区、矿岩裂隙中有毒有害气体的析出量，不易造成大量瓦斯涌出现象，但在回风段风压低，风排瓦斯速度慢。相比较两种通风方式，抽出式对风排瓦斯更为有利，我国高瓦斯和突出矿井主要采用此种通风方式。

1.2 矿井通风系统设计

矿井通风系统布置主要以简单合理为最终目的，整个矿井的布置方式应趋向采用一井一面，此种方式对瓦斯的排放路线更为便捷。对于老旧矿井，矿井、采区、采掘面，三者之间应由主干路进行联结更为合理，这样会缩短瓦斯的排放路径，不宜采用多分支巷道进行联结，且在设计中应避免角联巷道。

2 局部通风系统设计

2.1 U型通风

这种方式瓦斯超限只能靠加大风量来解决，处理瓦斯局限性大。采煤工作面涌出的瓦斯比空气轻，其自然流动的方向和上行风的方向一致，在正常风速下，瓦斯风层流动和局部积存的可能性较小，而下行风的方向与瓦斯自然流向相反，二者易于混合且不易出现瓦斯分层流动和局部积存的现象，但工作面一旦起火，所产生的火风压和下行风工作面的机械风压作用方向相反，会使工作面风量减小，瓦斯浓度增加，故考虑安全因素，矿井大多采用上行通风。上行通风中，由于流体动力学原理，风流在上隅角处会形成涡流，导致瓦斯容易在此处积聚。若加大风量也会造成工作面通风负压增大，采空区漏风加大，因此只适合瓦斯涌出量较小的工作面。U型通风，如图1所示。

图1 U型通风

2.2 U+L型通风

此种通风方式，将原“U”型通风系统回风巷改为进风巷，在其外侧另布置一条巷道作回风巷，此时工作面上下风巷同时进风，漏风向工作面后方排瓦斯横贯移动，最终将流经区域内的瓦斯排入回风巷内。由于专用排瓦斯巷的增加，风流通过工作面后在上隅角处不会形成涡流现象，瓦斯在隅角处不会积聚，此通风方式可以解决上隅角瓦斯，且专用排瓦斯巷能将瓦斯排放浓度提高到2.5%，可以最大限度的提高瓦斯排放能力。高瓦斯和突出矿井中还可以利用专排巷施工抽采钻孔或倾斜巷道，为瓦斯抽采系统设计上提供了更多的选择，可设计多种方式同时进行抽采瓦斯，为解决瓦斯抽采问题提供了便捷，此种通风系统设计对瓦斯治理效果明显。U+L型通风，如图2所示。

图2 U+L型通风

2.3 Y型通风

此种通风系统设计，采用两进一回的采煤工作面通风系统。如图3所示，Y型通风系统可以有多种不同的方式，生产实际中应用较多的是在回风侧加入附加的新鲜风流，与工作面回风汇合后从采空区侧流出。这种布置方式，在风压差的作用下，会促使漏风风流深入到采空区深部，从而将流经区域的瓦斯带到沿空留巷附近，从而使得工作面瓦斯浓度降低。此种通风系统设计，不仅改变了采空区风流方向，而且改变了采空区瓦斯运移规律，风流不存在涡流现象，有效的杜绝了上隅角瓦斯积聚。但此种方式漏风率高时，回风巷后部瓦斯易超限，虽然解决了上隅角瓦斯积聚，但是增加了漏风率，从而导致回风巷瓦斯浓度增加，此种方式有利有弊。

2.4 U+I型通风

此种通风的设计方式为另加一条内错巷作为回风巷，其排瓦斯巷对采空区深部的瓦斯影响不大。

图3 Y型通风

此种设计方式的缺点为当采空区顶板来压时会造成排瓦斯巷或上隅角高浓度的瓦斯涌出,且“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。但此种通风系统设计方法，配合高抽巷可根本上解决邻近层和上隅角瓦斯，瓦斯治理效果显著。抽采能力和瓦斯排放能力很适宜煤层群开采的煤矿，此种通风系统布置方法可以便于邻近层瓦斯抽采，对临近层瓦斯治理效果显著，而且根据相关矿井数据显示，其抽采量可达200 m3/min以上。U+I型通风，如图4所示。

图4 U+I型通风

2.5 U+Ⅱ型通风

此种通风系统布置方式对单一特厚煤层工作面采长较大或产量较大时，抽采效果不好或不能抽采，采用两条内错巷高低布置，比一条内错巷排放采空区瓦斯效果更好，可有效稀释上隅角瓦斯超限，内错巷高低位置可根据内错巷控制瓦斯浓度的大小和难易程度确定，层位越高瓦斯浓度越高，若经济许可，也可以利用大功率抽采泵低浓度抽采高位内错巷瓦斯，且此种设计方式对解决邻近层和上隅角瓦斯，效果显著，不会造成上隅角处瓦斯积聚现象，利用内错巷对临近层瓦斯抽采，其效果明显。U+Ⅱ型通风，如图5所示。