“W”形通风系统在新景公司15号煤回采工作面的可行性分析与研究

李博强

（山西新景矿煤业有限责任公司， 山西 阳泉 045000）

引言

新景公司井田位置在山西省阳泉市矿区西部，地理坐标：东经 113°21′10″-113°31′17″，北纬37°51′07″-37°56′31″。该矿井属于高瓦斯突出矿井，矿井通风采用分区式通风系统，通风方式为机械抽出式。由于井田面积大，矿井生产能力大，瓦斯涌出量大，矿井所需风量大等特点，采用分区开拓。现阶段设计主采煤层有3、8、15号煤层。其中15号煤的煤层厚度3.94～8.21 m，平均为6.14 m。可采性指数Km=1，煤厚变异系数γ=15.53%，在全区内均有分布，且厚度稳定，全部可采，是本区的主要可采厚煤层。

15号煤综放工作面采用放顶煤工艺回采，传统的巷道布置方式为：布置一条进风巷、一条回风巷、一条低位抽采巷、一条高抽巷，进风巷、回风巷沿煤层底板掘进，低位抽采巷沿15号煤顶板以上5～8 m掘进，高抽巷布置在9号煤或11号煤层位，距15号煤顶板55～70 m。在15313工作面试用“W”形通风系统代替传统的“U”形通风系统，解决工作面进回风巷两端压差大，采空区漏风严重，自燃氧化带宽度大的难题。

1 工作面概况

本工作面井下位于15号煤芦南采区南翼东部，东为坡头矿矿界，南为太旧高速公路保护煤柱，西为15314工作面（未掘），北为采区大巷（已掘）。本工作面上方3号煤层71107、71109工作面、8号煤层2104、2105工作面已采。井下标高为364～430 m。煤（岩）层赋存特征见表1。工作面采用倾向长壁综放的采煤方法进行开采。

表1 煤（岩）层赋存特征

2“W”形通风系统原理及技术优势

2.1“W”形通风系统原理

W形通风方式采煤工作面有三条平巷，即上、下平巷，中间平巷。采取上、下平巷进风或回风，中间平巷回风或进风的布置方式，即“两进一回”或“一进两回”通风系统，如图1、2所示。

图1 “两进一回”通风系统

图2 “一进两回”通风系统

从工业应用角度看，对于高瓦斯矿井，一般采用“两进一回”“W”形通风系统。

2.2“W”形通风系统的技术优势

1）通风网路属并联结构，风阻小，风量大，有利于减小工作面通风阻力，增加工作面配风量，提高用风效率，瓦斯治理能力强；

2）“W”形通风系统采用两条巷道进风，两个进风隅角在新鲜风流的影响下瓦斯浓度基本为零，使传统意义的上隅角消失，瓦斯积聚的可能性减小，能够有效解决“U”形通风方式上隅角瓦斯超限问题；

3）“W”形通风系统的回风巷为专用回风巷，上、下端平巷进风，可将工作面的电气设备和运输设备均布置在进风流中，为回收和维修采煤设备创造了良好条件；

4）“W”形通风方式进回风两端压差小，从而减少了工作面向采空区的漏风，降低了采空区遗煤自燃氧化带宽度，能够起到均压防灭火的作用；

5）工作面和采空区之间的风压差也随之减小，漏风扫过采空区的面积减小，携带瓦斯量减小，工作面处理瓦斯能力强，可适当增加“W”形通风系统工作面的切巷长度，提高资源利用率和回采效率。

3 传统通风系统现状及存在的问题

新景公司当前主采3号、8号、15号煤层，其中3号煤层为突出煤层，15号煤层属II类自燃煤层。

3.1 传统通风系统现状

15号煤层工作面通风系统为“U”形通风+低位抽采巷+高抽巷，进风巷作进风用，回风巷作回风用。

低位抽采巷布置在距煤层顶板5～8 m的岩层中，取代了原内错尾巷布置方式，主要用于解决上隅角瓦斯积聚问题，低位抽采巷与回风巷的水平间距以15～20 m为宜。

15号煤上覆邻近层较多，在煤层开采过程中，由于采动卸压，上覆岩层邻近层瓦斯通过采动裂隙涌向工作面，不利于回采期间的安全生产。为解决邻近层瓦斯涌出问题，在煤层上覆岩层裂隙带布置走向高抽巷。

高抽巷层位距15号煤的距离不得小于8.5倍采高为宜，走向高抽巷至工作面回风巷的水平距离要根据层间距而定，一般应为25 m～1/3工作面采长之内，高抽巷距15号煤层越近，则应越靠近工作面回风巷。

走向高抽巷初次抽出瓦斯一般在工作面回采到距切巷28 m左右，大量抽出瓦斯在38 m左右。顶板走向高抽巷与后高抽巷（伪斜高抽巷）贯通，利用走向高抽巷进行抽放来解决工作面初采期间的瓦斯涌出，大大缩短了高抽巷初次抽出瓦斯的距离，避免工作面初采期间瓦斯超限。15313综放工作面布置方式如图3所示。

3.2 传统通风系统主要存在的问题

1）综放工作面遗留的采空区空间大、遗煤分布广，加之工作面同时布置走向高抽巷和低位抽采巷抽采瓦斯，造成采空区漏风严重，煤层容易出现自燃发火威胁工作面安全生产的问题；

2）工作面进回风两端压差大，采空区漏风量和漏风范围大，使自燃氧化带宽度也随之增大，加剧了煤层自燃发火危险性；

3）由于420水平15号煤层按照防突管理，煤层瓦斯含量较大和工作面瓦斯涌出量较高。回采过程中，工作面配风量必须要保证满足排出瓦斯的作用，但增大风量又会增加进回风压差，增大采空区漏风，导致目前出现“瓦斯治理”和“防灭火”相矛盾的难题，工作面配风量的合理把握是当前15号煤层通风和防灭火工作的重中之重；

图3 15313综放工作面通风系统图

4）虽然目前15号煤层综采放顶煤开采可以通过提高工作面回采速度、快采快闭、提高回采效率，使采空区遗煤在不超过自然发火期被甩入采空区深部，但要完全实现整个工作面快速推进，单靠采煤设备及工艺基本不太可能，遇到地质构造等不确定因素导致工作面推进缓慢甚至停产的情况也时有发生，使采空区遗煤长期处于氧化自燃带内，极易引起煤层自燃。

因此，如何最大程度上减少采空区漏风，减小自燃氧化带范围是防灭火工作的关键。

4“W”形通风系统可行性分析

通过对新景公司15号煤层采用的通风系统进行分析，总结了当前通风系统的适应性及存在的主要问题，并结合“两进一回”W形通风系统的技术优势，对该通风系统在15号煤层应用的可行性分析如下：

15号煤层为II类自燃煤层，布置低位抽采巷解决上隅角瓦斯积聚问题，走向高抽巷用于解决邻近层瓦斯涌出问题。由于综放工艺采空区遗煤多，加之瓦斯抽采因素的影响，采空区漏风量和漏风范围大，煤层自燃发火危险性严重。且出现加大通风降低瓦斯和均压防灭火相矛盾的被动局面，是当前通风工作的难点所在。

从通风系统性能和煤层特性角度分析，新景公司各煤层中15号煤层最适宜采用“W”形通风方式，该通风系统可使工作面两端的压差减小，工作面向采空区的漏风范围较窄，自燃带更接近工作面，自燃带的宽度变窄，能有效防止采空区遗煤自燃，起到均压防灭火的效果，且“W”形通风方式可以有效解决上隅角瓦斯超限问题。

“W”形通风突破了传统“U”形通风的“一源一汇”工作面的局限性，形成“多源一汇”工作面，既可增大工作面供风量，同时又能减小工作面与采空区间的压差，抑制采空区的漏风，亦可抑制采空区瓦斯的涌出，具有“一举多得”的效果。

结合新景公司15号煤层通风系统现状，建议采用偏“W”形通风+高抽巷布置方式为宜。“W”形通风系统的中间回风巷用以取代低位抽采巷布置。以

15313综放工作面为例，通风系统可改为图4所示。

该通风系统为：轨道巷和皮带巷同时兼作进风巷道，工作面回采时，新鲜风流经过轨道巷和皮带巷进入采煤工作面，再流入回风巷中，由于回风巷偏近于轨道巷，风流行程为偏“W”形，同时布置高抽巷用于抽采邻近层瓦斯。

回采工艺为：工作面综放回采过程中，皮带巷至回风巷卧底放顶煤；回风巷与轨道巷之间的煤柱，支架沿顶板支设，只回收顶煤留底煤（轨道巷沿顶板掘进布置）。

从经济的角度考虑，采用“W”形通风系统，增加了一条煤巷的施工，但减少了一条岩巷的施工，大大降低了掘进成本，提高了施工效率，同时节省了抽采泵站对低位抽采巷的抽采费用投入。

图4 15313工作面偏“W”形通风+高抽巷通风布置图

5 结语

通过以上分析研究，可在15313综放工作面进行工业性试验，从两条进风巷风量的最佳配风比、回风巷与进风巷的间距、高抽巷合理层位布置、高抽巷与回风巷水平间距等多方面展开研究，发现“W”形通风+高抽巷通风方式更加适用于新景公司15号煤层赋存现状，为矿井安全生产提供技术支撑。