专题-朱集矿沿空留巷“Y”型通风技术应用.doc

1、专题部分前言瓦斯问题是困扰高瓦斯矿井实施高产高效生产的一大难题。实践表明，工作面采空区瓦斯涌出量占工作面瓦斯涌出量的60%以上；传统的U型、U+L通风方式，由于采空区漏风携带采空区高浓度瓦斯汇集至工作面上隅角并由风流排出；无论采用高位钻孔、埋管抽放，还是利用高抽巷，都不能从根本上解决上隅角瓦斯超限和瓦斯积聚问题，严重影响采煤工作面的安全、高效生产。淮南矿区在生产过程中，除了采用多种立体式瓦斯抽放新技术来降低瓦斯含量措施外，还积极探索新的通风方式，构建科学合理的矿井通风系统。经过多年实践、摸索，成功采用“Y”型通风方式和沿空留巷技术，较好地解决了采煤工作面上隅角和回风流瓦斯经常超限的问题。基于淮

2、南矿区高瓦斯煤层群开采条件，运用卸压开采及采场采动裂隙O形圈卸压瓦斯抽采理论，提出了一系列钻孔或巷道抽采卸压瓦斯方法；研究分析了开采卸压层时瓦斯抽采技术、上向卸压瓦斯抽采技术、下向卸压瓦斯抽采技术，采用煤层气开采消突试验方法有底板岩巷穿层钻孔条带预抽瓦斯、顺层钻孔预抽本煤层瓦斯、地面钻井压裂预抽瓦斯，这些方法广泛应用于淮南矿区生产实践，建立起了卸压开采瓦斯抽采工程体系。结果表明：自1998年以来矿井杜绝了瓦斯爆炸事故发生，百万吨死亡率由4.01降低到0.18，2009年瓦斯抽采量达32亿 m3，矿井瓦斯抽采率达到53%，采煤工作面瓦斯抽采率达到90%以上；使高瓦斯突出煤层转变为低瓦斯无突出危险

3、煤层，同时抽采出的瓦斯作为绿色能源，减少大气污染。关键词：淮南矿区；保护层；沿空留巷；Y型通风；卸压抽采1 国内外发展情况近些年，我国综放采煤方法得到了快速发展，但工作面高瓦斯涌出一直是制约综放工作面安全、高效生产的主要因素。澳大利亚Balusu，Wend t和Ren，T.X.使用CFD技术对立井抽放下以及不同工作面通风情况的采空区瓦斯分布进行了模拟；国内王凯对J型通风综放采空区流场与瓦斯运移进行了数值模拟；胡千庭对采空区瓦斯流动规律的情况进行了模拟。治理综放开采瓦斯问题主要可采取三个方面的技术措施，即加强通风，加强瓦斯抽放以及综合通风与瓦斯抽放。其中加强通风是解决综放面高瓦斯涌出的最基础和最

4、直接的手段。对于高瓦斯矿井来说，回采工作面大量的瓦斯涌出是制约安全生产的主要因素之一。采用无煤柱快速留巷技术，改善了巷道布置方式，能够降低掘巷成本，缓解工作面采掘衔接问题，提高煤炭资源的回收率；风排与抽采相结合，治理和利用瓦斯，解决了高瓦斯工作面开采难题。Y型通风方式克服了U型通风的缺点，能有效解决回风流和上隅角瓦斯超限问题；沿空留巷Y型通风瓦斯抽采为高瓦斯矿井安全高效开采提供了有力的技术支撑。2 实际存在问题朱集井田煤层瓦斯含量较高，可采煤层瓦斯含量一般在021.53 m3/t，且邻近生产矿井皆为高瓦斯和瓦斯突出矿井，故在今后的矿井建设和生产中应加强瓦斯防治工作，确保生产的安全。本矿井各煤层

5、瓦斯含量较高，工作面产量大，预计回采工作面瓦斯涌出量预计为18.5858.71 m3/min，最大设计风量为42 m3/s，最大稀释瓦斯量18 m3/min，部分保护层工作面最大抽采率需要达到65%以上才能满足要求；目前淮南矿区回采工作面抽采率可达60%以上。对于矿井部分保护层工作面，设计采取采前预抽、边抽边采、回采时邻近层抽采等综合抽采措施。另外，对高瓦斯、强突出、高地温、高地压的深部开采的矿井来说，“U”型通风方式是一种传统而相对落后的的通风方式，其存在通风路线长、通风阻力大、上顺槽及工作面的工作环境差等不足，特别是上隅角瓦斯易集聚超限，给回采工作面的瓦斯治理工作带来较大难度。设计在本矿井

6、部分保护层工作面采用“Y”型通风沿空留巷技术，具体做法是：在首采工作面顺槽准备时，将下一个阶段的顺槽同时准备出来并在盘区边界施工煤层边界上山，工作面的运输顺槽和轨道顺槽都为进风巷道，回采时采用沿空留巷作为工作面的回风巷，工作面回采期间的回风经沿空留巷、边界回风上山和下一阶段的顺槽进入盘区回风巷。3 Y型通风优势常用通风方式及其优缺点目前普遍采用的工作面U型通风方式由于上隅角及回风顺槽瓦斯浓度经常超限，严重影响煤矿的正常生产，制约着高产高效采煤技术的推广应用及综合经济效益的提高。也正因如此，国内外都在配合采煤工艺改革的基础上积极探索和改进工作面通风方式。改进工作面通风方式就是将传统的U型通风方式

7、改为H型、W型、Y型、Z型、双Z型等，见图1-1所示。依据有关研究资料，对这些改进型的通风方式预防和治理瓦斯积聚的机理及优缺点归纳如下。1)一进两回H型和两进一回的W型、Y型、双Z型的通风方式，其中一条巷道可专用作排瓦斯巷，巷道中无人员和设备，可通过提高其中的瓦斯允许浓度和风速，相对提高其通风能力，进而提高工作面单产量。因此其通风能力和治理瓦斯的能力比一进一回的通风方式大。2)后退式采煤两进一回Y型、W型及采空区中部留回风巷的双Z型通风方式，由于两巷进风使通过工作面的风量相对减少，所以有助于防止工作面煤尘飞扬，改善工作面气候条件，减少采空区漏风和瓦斯涌出，从而也具有防止工作面瓦斯积聚的作用。3

8、)后退式采煤方法两进一回W型通风方式和采空区中部留回风巷的双Z型通风方式在工作面长度一定时使采空区压差减小，漏风和瓦斯涌出减少，从而具有防止上隅角瓦斯积聚和工作面瓦斯超限的作用。但是W型通风方式采空区涌出的瓦斯还需经过工作面，当采空区瓦斯涌出特别大时，还可能在工作面中部形成瓦斯积聚。4)回风流入相邻采区回风上(下)山Y型、Z型、双Z型分列式通风方式，由于其沿空留巷使采空区漏风方向改变，瓦斯随漏风直接涌向沿空回风巷，所以分列式通风方式在防止上隅角瓦斯积聚和工作面瓦斯超限方面优于回风流入本采区回风上(下)山的U型、H型、W型等折返式通风方式。但Z型和双Z型工作面风量不可调节。5)两进一回Y型通风方

9、式主进风巷进风通过工作面，稀释本煤层瓦斯，并利用在采空区维护的回风巷，有控制地向采空区回风道漏风，使采空区瓦斯直接进入回风道；而副进风巷进风的作用在于驱散上隅角瓦斯，并具有稀释回风巷瓦斯浓度的作用。6)从采煤工艺角度分析，上述通风方式都可适应有煤柱开采和无煤柱开采，前者浪费资源、掘巷多，但巷道维护容易；后者掘巷少、有利于机械化作业和提高资源回收率和综合经济效益，但巷道维护困难。前进式比后退式无煤柱采煤方法沿空留巷或沿空掘巷较多，后退式无煤柱采煤方法的通风方式中Y型和Z型通风方式沿空留巷或沿空掘巷较少。但Z型通风系统和H型通风系统等实际上都是U型通风系统的变形，总的目的是为了加大工作面长度，增加

10、工作面风量和预防瓦斯积聚，但都不利于防采空区煤炭自燃。“U”型通风系统：这种通风系统最为简单，有利于防煤炭自燃，被广泛采用。但它的缺点是，采煤工作面靠采空区上侧的上隅角容易积聚瓦斯。“Y”型通风系统：这种通风系统对解决回风流瓦斯浓度过高和上隅角积存瓦斯具有良好效果。但要求工作面的上顺槽沿采空区一翼全长预先掘出，且在回采期内要始终维护，不利于防采空区煤炭自燃。“W”型通风系统：这种通风系统适用于瓦斯涌出量大、工作面较长的综采工作面，因为它的供风量较“U”、“Y”型增加一倍。当开采煤层的瓦斯涌出量特别大时，还可在中间平巷中布置钻孔抽放瓦斯。但这种通风系统中有半个工作面是下行通风，对有煤与瓦斯突出的

11、采煤工作面严禁采用。综合上述分析，从巷道掘进和维护量、采煤工艺的改革、通风和生产能力、瓦斯治理等方面综合考虑，上述各通风方式中两进一回Y型通风方式是各个方面效果都较好的一种通风方式。图1-1几种工作面通风方式示意图采空区漏风规律研究我国绝大多数矿井采用长壁后退式采煤法。大多数矿井采用的U型通风系统会使回风流和上隅角大量积聚瓦斯，影响工作面生产安全。由于矿井开采深度和产量的不断增大，U型通风已经不能满足生产需求，而Y型通风模式能有效解决回风流和上隅角瓦斯超限问题，同时还能充分挖掘煤炭资源减少浪费。但采用Y型通风会产生一定量的采空区漏风，加大采空区遗煤自燃的危险性。所以研究Y型通风系统漏风规律有重

12、要意义。煤矿自燃火灾的50%发生在采空区，对采空区自然发火的研究主要是划分采空区三带，根据三带范围确定防灭火相关的工艺参数。而采空区三带划分的依据主要有采空区气体浓度变化、升温速度和漏风规律等。对高瓦斯综采面Y型通风采空区漏风的研究主要集中在能位测定，利用示踪技术，检测进回风量与进回风瓦斯浓度的变化以及沿空留巷束管中气体浓度的变化等。能位测定进行能位测定一方面可以了解采空区周围漏风源和漏风汇之间的能位关系，为定性分析采空区的漏风关系提供理论基础；另一方面，利用通风网络能位图，可以方便地分析通风系统中相邻分支某点间的压能关系，借以判断其间的漏风通道是否存在及可能的漏风方向。利用示踪技术研究采空区

13、漏风规律示踪技术特点。示踪技术是应用示踪剂来研究气体(或液体)流动的踪迹及其规律，特别是对人员不易到达地点的气体流动的研究具有独特优越性。大量试验研究表明，SF6是煤矿井下漏风检测中较为理想的示踪剂之一。通过释放SF6，可以检测漏风通道、方向、风速和风量等。示踪技术可采用脉冲释放和连续稳定定量释放2种方法。其中脉冲释放是在漏风源(能位高处)一次瞬时释放一定量的SF6气体，同时在漏风汇处(能位低处)间隔定时取样分析，根据气样分析结果中有无SF6存在可以推判两者之间有无漏风及漏风方向、漏风风速。定量连续释放是在需要考察研究的井巷风流中连续稳定定量释放SF6气体，然后分别在顺风流方向预定的采样点采集

14、气样，分别分析沿程风流中SF6的浓度变化情况，由此求出漏风量，从而找出漏风规律。根据矿井的实际需要，采用脉冲释放法在工作面下隅角向采空区内释放SF6气体。采空区漏风区域划分通过能位测定、示踪技术、检测进回风量与进回风瓦斯浓度的变化和沿空留巷束管中氧气浓度的变化等几个方面的综合分析，得到工作面采空区漏风可基本分为风速急变区、风速缓变区和风速趋零区等3个区域。风速急变区为距离工作面约250 m以内的区域，该区域内漏风风速较高且下降快；风速缓变区为距离工作面2501000 m的区域，该区域漏风风速具有风速小和变化平稳；风速趋零区为距离工作面约1000 m以远的区域，该区域漏风风速很小或基本无漏风。小

15、结1)Y型通风模式可有效解决工作面上隅角和回风巷瓦斯超限问题，同时改善工作面气候条件。2)利用能位测定、示踪技术检测进回风量与进回风瓦斯浓度的变化以及沿空留巷束管中氧气浓度的变化，以考察高瓦斯综采面Y型通风采空区的漏风规律：由于工作面推进较快、采空区顶板冒落时间不长以及二源一汇的Y型通风特点，采空区存在一定的漏风。3)工作面采空区漏风可基本分为3个区域：风速急变区、风速缓变区和风速趋零区。4)对采空区漏风规律的研究有助于准确划分采空区三带，从而根据三带范围来确定防灭火相关的工艺参数。Y型通风采空区漏风规律据中国矿业大学安全学院何磊等在Y型通风下采空区瓦斯运移规律及治理研究中根据现场的实际情况建

16、立的CFD模型，得出Y型通风系统下采空区瓦斯流动及分布规律，数值模拟结果与现场大量观测数据相吻合。本文引用其所得关于采场瓦斯分布规律的结论。U型通风采场瓦斯分布规律3.1.1.1 工作面倾斜方向瓦斯浓度分布规律在距工作面较近的采空区内由于风流流动方向是从进风侧向回风侧，瓦斯呈现向回风侧运移的趋势，瓦斯浓度逐渐增大。在上隅角和回风巷则成为整个工作面瓦斯浓度较高的区域。由图3-1可以看到：在工作面的回风端瓦斯浓度梯度较大；在工作面进风端瓦斯梯度较小。这主要是由工作面漏风的情况决定的。工作面回风端瓦斯浓度梯度的增加主要是来自采空区气体的流入。3.1.1.2 采空区瓦斯浓度分布规律采空区瓦斯浓度分布规律见图3-1。从水平方向上看，瓦斯从下隅角往其采空区对角浓度逐渐升高，离工作面越远浓度越大。在采空区内的瓦斯浓度最高区域也是整个采场的瓦斯浓度最高区域，此区域成为实