長壁采煤法采煤工作面通風(fēng)方式的確定

1、長壁采煤法采煤工作面通風(fēng)方式的確定姓 名： 單位名稱： 申報(bào)類別： 摘要：長壁采煤法布置采煤工作面過程中如何選擇合理的通風(fēng)系統(tǒng)和通風(fēng)方式，是保證采煤工作面通風(fēng)可靠、安全生產(chǎn)的關(guān)鍵，也是采煤工作面上隅角瓦斯治理的有效途徑本文就長壁采煤法采煤工作面通風(fēng)方式進(jìn)行了詳細(xì)的剖析，為煤礦安全生產(chǎn)和穩(wěn)產(chǎn)高奠定了基礎(chǔ)。關(guān)鍵詞：長壁采煤；通風(fēng)方式；隅角瓦斯防治；通風(fēng)可靠前言：長壁采煤法在我國煤炭開采過程中是較為常用的采煤方法，它主要體現(xiàn)在搬家次數(shù)少，工作面產(chǎn)出率高，能達(dá)到高產(chǎn)高效的目的，但在布置過程中選擇不同的通風(fēng)系統(tǒng)會(huì)遇到工作面的隅角瓦斯治理以及安全生產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)等方方面面的問題，所以長壁采煤法選擇合的的通風(fēng)

2、方式至關(guān)重要。長壁采煤法有后退式與前進(jìn)式兩種類型。無論是后退式工作面還是前進(jìn)式工作面，沼氣主要都來源于兩部分：一是正被開采的煤層；二是相鄰的巖層或煤層。如果不實(shí)行沼氣抽放，相鄰巖層或煤層的沼氣將聚集在采空區(qū)。來源于上述兩方面的沼氣總涌出量，直接影響工作面的安全生產(chǎn)。工作面的沼氣濃度，無論是后退式工作面，還是前進(jìn)式工作面，皆由工作面風(fēng)量來控制。前進(jìn)式工作面，由于采空區(qū)的漏風(fēng)而減少了工作面的有效風(fēng)量，但風(fēng)流能有效地清洗工作面上隅角處的沼氣。后退式工作面，采空區(qū)的漏風(fēng)大大地減少，但在走向長壁工作面上隅角處會(huì)出現(xiàn)沼氣的聚集（見圖1）。仰斜長壁工作面，沼氣上浮，沼氣集中于工作面空間，不利于工作面的安全生

3、產(chǎn)。俯斜長壁工作面，沼氣集中于上部采空區(qū)，有利于工作面的安全生產(chǎn)。 采用合理的工作面通風(fēng)方式，可以有效地排出工作面沼氣，特別是高沼氣礦井、高溫礦井需要風(fēng)量大，是工作面安全生產(chǎn)的重要保證。 長壁式工作面通風(fēng)方式的選擇與回采順序、通風(fēng)能力和巷道布置有關(guān)。通風(fēng)方式是否合理，成為影響采煤工作面正常生產(chǎn)的重要因素。 一、工作面通風(fēng)應(yīng)滿足的要求 （一）采煤工作面要有足夠的風(fēng)量，并符合煤礦安全規(guī)程的要求，特別要防止在工作面上隅角處沼氣的積聚； （二）采用沿空留巷時(shí)，巷旁應(yīng)采取防漏風(fēng)措施； （三）風(fēng)流最好是單向順流，盡量減少折返、逆流，力求系統(tǒng)簡(jiǎn)單、風(fēng)路短； （四）根據(jù)通風(fēng)要求，進(jìn)風(fēng)巷、回風(fēng)巷應(yīng)有足夠的斷面和

4、數(shù)目。 二、工作面通風(fēng)方式的確定 長壁式采煤工作面通風(fēng)方式主要有U型、U+L型、Z型、Y型、W型以及H型等幾種。見圖2所示。從圖2中可以看出，如果由后退式改變成前進(jìn)式開采，除U+L型通風(fēng)系統(tǒng)之外，其它各種通風(fēng)系統(tǒng)對(duì)前進(jìn)式開采都是適用的。采用無煤柱護(hù)巷，沿空預(yù)留的或沿空掘進(jìn)的通風(fēng)平巷與采空區(qū)之間有連續(xù)漏風(fēng)現(xiàn)象，也會(huì)使工作面氣體流動(dòng)狀況發(fā)生變化。通風(fēng)平巷的數(shù)目、位置、風(fēng)流方向、漏風(fēng)方式的改變會(huì)派生出多種類型的工作面通風(fēng)方式，而且每種通風(fēng)方式其采空區(qū)沼氣濃度分布、沼氣涌出和積存的位置、自然發(fā)火分布位置都是不同的。因此，必須根據(jù)回采煤層的賦存狀況、沼氣含量、煤與瓦斯突出危險(xiǎn)程度、自燃傾向等因素，綜合考

5、慮選擇相應(yīng)的通風(fēng)方式及巷道布置，這對(duì)改善工作面的安全生產(chǎn)環(huán)境，具有重要的作用。 圖2（一）U型通風(fēng)方式，見圖2(b)采煤工作面所需的風(fēng)量，從進(jìn)風(fēng)平巷流入工作面后，部分風(fēng)量沿工作面空間流動(dòng)，直接從回風(fēng)平巷排出；而另一部分則從切頂線下半部連續(xù)地向采空區(qū)流失，又從切頂線上半部陸續(xù)地流進(jìn)工作面回采空間。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)結(jié)果表明，采煤工作面風(fēng)流流動(dòng)狀況具有圖3所示的特征。采空區(qū)冒落巖石的透氣能力不同，采空區(qū)漏風(fēng)量也不同，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)結(jié)果，采空區(qū)漏風(fēng)量占工作面進(jìn)風(fēng)量的1049%.工作面風(fēng)量的分布呈兩端大、中間小的狀況。盡管工作面風(fēng)量分布不均勻，但工作面的沼氣絕對(duì)含量是沿風(fēng)流前進(jìn)方向而逐步增加的。從采空區(qū)重新流

6、入工作面的風(fēng)量仍有稀釋沼氣的作用。長壁后退式采煤，U型通風(fēng)方式，具有風(fēng)流系統(tǒng)簡(jiǎn)單、漏風(fēng)小等優(yōu)點(diǎn)，但風(fēng)流線路長、變化大。長壁前進(jìn)式采煤，U型通風(fēng)方式，漏風(fēng)量較大。在巷道維護(hù)較好的情況下，U型通風(fēng)方式供風(fēng)量可達(dá)8001000 m/min。實(shí)踐證明，當(dāng)回采煤層沼氣涌出量為5-6 m/min時(shí)，U型通風(fēng)方式仍然可以獲得較好的通風(fēng)效果。 2流經(jīng)采空區(qū)的距離長、控制的面積大，因此在對(duì)應(yīng)流線的出口處（即上隅角），經(jīng)常會(huì)處于沼氣超限狀態(tài)。y1、y0、y3流動(dòng)而流入采煤工作面空間。由于采空區(qū)氣體沿流線流動(dòng)過程中陸續(xù)有沼氣泄出，使沼氣濃度增高。匯集于工作面上隅角的流線y2、y1、yU型通風(fēng)方式最大的問題，是在后退

7、式采煤中工作面出口上隅角處有局部沼氣聚集現(xiàn)象（見圖1）。從圖3的采煤工作面風(fēng)流流動(dòng)狀況可以看出：沼氣流入采空區(qū)后與漏入采空區(qū)的空氣混合，混合后的氣體沿流線1、y2、y3流動(dòng)而流入采煤工作面空間。由于采空區(qū)氣體沿流線流動(dòng)過程中陸續(xù)有沼氣泄出，使沼氣濃度增高。匯集于工作面上隅角的流線y0、y1、y2流經(jīng)采空區(qū)的距離長、控制的面積大，因此在對(duì)應(yīng)流線的出口處（即上隅角），經(jīng)常會(huì)處于沼氣超限狀態(tài)。圖4為某工作面采空區(qū)的沼氣濃度分布。該工作面采空區(qū)漏風(fēng)量為207.5m/min，采空區(qū)絕對(duì)沼氣涌出量為4 m/min左右，工作面上隅角的沼氣濃度達(dá)6-8，常因沼氣局部超限而影響生產(chǎn)。調(diào)查表明，當(dāng)鄰近煤層向采空區(qū)

8、泄出的沼氣量大于1.5-2 m/min時(shí)，工作面上隅角的沼氣濃度通常都在2%以上，上隅角局部沼氣超限是U型通風(fēng)方式普遍存在的現(xiàn)象。由此可知，如果沼氣來源單純來自回采煤層的煤壁，U型通風(fēng)方式可以稀釋56 m/min沼氣；如果沼氣是來自采空區(qū)一側(cè)，沼氣涌出量僅有23 m/min也帶來經(jīng)常處理上隅角局部沼氣積聚的麻煩。因此，U型通風(fēng)方式，在沼氣含量較大的后退式采煤工作面中應(yīng)用時(shí)，必須采取措施消除工作面上隅角處的沼氣聚集。主要有以下措施：1、 上隅角管道通風(fēng)當(dāng)沼氣量較大時(shí)，在采空區(qū)側(cè)利用木垛維護(hù)一段長度的回風(fēng)平巷，在回風(fēng)平巷中安設(shè)一根管道，該管道從工作面前方穿過工作面線直至工作面后部，利用輕便壓風(fēng)機(jī)，

9、將工作面約1/3的風(fēng)流通過管道送至回風(fēng)平巷，從而清除工作面上隅角處聚集的沼氣，見圖5所示。這種方法只能用于沼氣含量不大的采煤工作面，在沼氣總涌出量為2.43 m3/min的工作面中，60 的沼氣涌出量，可通過管道送至回風(fēng)平巷。2、后部返回式通風(fēng)這種通風(fēng)方式，不在采空區(qū)永久側(cè)維護(hù)回風(fēng)平巷。在回風(fēng)平巷下側(cè)留有35米寬的小煤柱，每隔一定距離利用聯(lián)絡(luò)眼將小煤柱切割，除保留一個(gè)聯(lián)絡(luò)眼敞開外其余聯(lián)絡(luò)眼均被封閉。在煤柱之下架設(shè)一排木垛，并采用泵輸送和噴灑泥漿材料對(duì)木垛進(jìn)行密封，使木垛與煤柱之間保持一條通道。采用這種方式，工作面所有風(fēng)流先返回到后部采空區(qū)，再流入回風(fēng)平巷，使工作面形成類似Z型的通風(fēng)方式，為工作

10、面上端創(chuàng)造一個(gè)“前進(jìn)式工作面”的條件。在英國某礦使用時(shí)，在距工作面后部30米處開掘聯(lián)絡(luò)眼，工作面推進(jìn)40米（距聯(lián)絡(luò)眼70米）后，再在工作面后部30米處開掘新聯(lián)絡(luò)眼，并將舊聯(lián)絡(luò)眼封閉。（見圖6）這種通風(fēng)方式的巷道掘進(jìn)工作量和其它輔助工作量均較U+L型、Z型、Y型、H型（見下述）為小，在英國煤礦仰斜長壁后退式工作面首次采用時(shí)，雖然工作面沼氣總涌出量為18m3/min或更高，取得了良好的效果。（二）U+L型通風(fēng)方式U+L型通風(fēng)方式，即尾巷排放方式，是在采煤工作面采空區(qū)漏風(fēng)風(fēng)流軌跡的末端邊界上，事先掘成與采空區(qū)相通的聯(lián)絡(luò)眼，使采空區(qū)濃度較高的沼氣流人排放沼氣的專用煤層平巷或巖石平巷。由于聯(lián)絡(luò)眼與排沼氣

11、專用平巷呈L型，并與U型通風(fēng)系統(tǒng)配合使用，故又稱U+L型通風(fēng)方式（見圖2b）。由于尾部聯(lián)絡(luò)眼為采空區(qū)沼氣提供了出路，可以使風(fēng)流流動(dòng)呈圖7所示的狀況，采空區(qū)部分沼氣會(huì)以較高的濃度沿0、1流線從聯(lián)絡(luò)眼4排出，流入工作面的沼氣量減少，由于靠近切頂線下端的采空區(qū)漏風(fēng)量較大，因此從上隅角流入工作面沼氣濃度會(huì)明顯降低。隨工作面向前推進(jìn)，聯(lián)絡(luò)眼至工作面的距離日益增加，從采空區(qū)流入工作面的流線3、4在采空區(qū)所流經(jīng)的距離會(huì)相應(yīng)地增加，對(duì)應(yīng)流線所控制的采空區(qū)面積也在逐漸增加，由采空區(qū)流入工作面的沼氣量也會(huì)逐漸增加，使工作面上隅角又會(huì)出現(xiàn)沼氣含量超限現(xiàn)象。這時(shí)必須開啟新的聯(lián)絡(luò)巷釋放采空區(qū)的沼氣。釋放采空區(qū)沼氣的聯(lián)絡(luò)

12、巷應(yīng)提前掘通，聯(lián)絡(luò)眼進(jìn)入切頂線后即可發(fā)揮排放沼氣的作用。兩聯(lián)絡(luò)眼之間的間距，根據(jù)工作面的具體條件有很大的差別。一般來說，鄰近層沼氣量大，采空區(qū)陷落巖石排列致密，鄰近煤層距回采煤層近，工作面放頂后頂板隨之垮落，或者說采空區(qū)沼氣涌出距工作面切頂線較近者包括厚煤層開采時(shí)由下部各分層涌出的沼氣，都會(huì)在切頂線后面陸續(xù)涌出，這時(shí)兩聯(lián)絡(luò)眼之間的距離應(yīng)保持50m左右，甚至更小。如果采空區(qū)孔隙率大，透氣性好，而且聯(lián)絡(luò)眼的排風(fēng)能力強(qiáng)，并在聯(lián)絡(luò)眼處設(shè)有排放沼氣的專用風(fēng)機(jī)，使采空區(qū)釋放沼氣的聯(lián)絡(luò)眼之間的距離應(yīng)增大到160m。U+L型通風(fēng)方式，是減少采空區(qū)沼氣向工作面涌出的有效方法。在使用過程中，排沼氣專用巷3的沼氣濃

13、度按局部沼氣積聚現(xiàn)象來管理，其沼氣濃度應(yīng)控制在2%以內(nèi)。通常聯(lián)絡(luò)眼內(nèi)的沼氣濃度較高，必須采取有效的措施。排放沼氣的專用平巷3必須有新風(fēng)補(bǔ)給，以便將聯(lián)絡(luò)眼出口的沼氣濃度稀釋到2%以下。U+L型通風(fēng)方式是將工作面沼氣從兩個(gè)方向排出。其中從U型系統(tǒng)排出的沼氣量可達(dá)56m/ min，其中包括12 m/ min的采空區(qū)沼氣；從尾排系統(tǒng)排出的沼氣可達(dá)78 m/ min,甚至更高。顯然，在開采厚煤層或復(fù)合煤層時(shí)，對(duì)難以用沼氣抽放技術(shù)、且沼氣含量大的近距離鄰近層和分層開采的厚煤層，采用U十L型通風(fēng)方式是比較適宜的。采用U+L型通風(fēng)方式，是將工作面沼氣分而治之，既解決了上隅角沼氣長期超限的難題，又可以降低工作面

14、通風(fēng)系統(tǒng)的阻力，改善工作面的生產(chǎn)環(huán)境。因而這種方法在雞西、西山、陽泉等局的高沼氣礦井都得到了廣泛應(yīng)用。（三）Z型通風(fēng)方式這種通風(fēng)方式進(jìn)風(fēng)流與回風(fēng)流的方向相同，所以也可稱為順流通風(fēng)方式。采用這種通風(fēng)方式采區(qū)邊界設(shè)有回風(fēng)上山，并配合有沿空留巷（見圖2d）。這種通風(fēng)方式可使區(qū)段內(nèi)的風(fēng)流路線短、長度變化小，漏風(fēng)量小，并可利用漏風(fēng)將工作面上隅角處的沼氣帶到回風(fēng)平巷。Z型通風(fēng)方式效果較U型通風(fēng)方式好，一般用于高沼氣的礦井，沼氣涌出量大于10 m3/t 。 （四）Y型通風(fēng)方式當(dāng)采煤工作面產(chǎn)量大和沼氣涌出量大時(shí)，采用這種方式可以稀釋回風(fēng)流中的沼氣。對(duì)于綜采工作面，上下平巷均進(jìn)新鮮風(fēng)流，不僅有利于上下平巷中的機(jī)

15、電設(shè)備，而且可防止工作面上隅角積聚瓦斯及保證足夠的風(fēng)量。這種方式也要求設(shè)有邊界回風(fēng)上山，并配有沿空留巷。開采薄煤層群時(shí)，首次采動(dòng)的煤層，其工作面沼氣主要是來自采空區(qū)一側(cè)。采用U型通風(fēng)方式不僅很難消除上隅角沼氣超限，甚至因風(fēng)量增加造成工作面風(fēng)速偏高，惡化生產(chǎn)環(huán)境。如果采用U+L型通風(fēng)方式巷道掘進(jìn)率會(huì)明顯增加。采用Y型通風(fēng)方式效果較好。Y型通風(fēng)方式，工作面兩端煤層平巷均作為工作面進(jìn)風(fēng)巷，工作面回風(fēng)巷則是沿采空區(qū)維護(hù)并作為接續(xù)工作面用的進(jìn)風(fēng)巷。巷道布置如圖8所示。從工作面風(fēng)流系統(tǒng)圖中可以看出，在工作面范圍內(nèi)，沿空回風(fēng)巷的末端是風(fēng)壓最低點(diǎn)，從輸送機(jī)巷流入的新鮮空氣，一部分沿工作面流動(dòng)，稀釋來自工作面落

16、煤和煤壁涌出的沼氣；另一部分則流入采空區(qū)，與采空區(qū)沼氣混合后從沿空回風(fēng)巷呈連續(xù)漏風(fēng)狀泄出。由于材料巷2也是工作的進(jìn)風(fēng)巷，其風(fēng)量大小可根據(jù)沿空回風(fēng)巷的實(shí)際需要進(jìn)行調(diào)節(jié)，保證沿空回風(fēng)巷的沼氣濃度符合煤礦安全規(guī)程的要求。與原來的U型通風(fēng)系統(tǒng)相比，安全技術(shù)指標(biāo)得到明顯改善，各項(xiàng)對(duì)比指標(biāo)的具體數(shù)據(jù)詳見表1。指 標(biāo)U 型Y 型工作面長度（m）煤層厚度（m）工作面風(fēng)(m3/min)工作面風(fēng)速(m/s)工作面溫度(0C)工作面回風(fēng)沼氣濃度 (%)上隅角沼氣濃度(%)工作面新鮮風(fēng)流數(shù)（條）工作面平均產(chǎn)量 (t/d)1121.854623. 85151.531013001121.852161.8018.50.48

17、0.42402從Y型和U型通風(fēng)方式實(shí)施效果對(duì)比表明，Y型通風(fēng)方式有以下幾項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)：（1）由于工作面最低風(fēng)壓點(diǎn)位于沿空回風(fēng)巷的末端，而工作面切頂線各點(diǎn)的風(fēng)壓均高于沿空巷末端風(fēng)壓，因此采空區(qū)氣體流動(dòng)方向總是由切頂線向沿空巷流動(dòng)，從而消除了隅角沼氣積聚現(xiàn)象。（2）由于工作面落煤及煤壁涌出的沼氣和采空區(qū)涌出的沼氣，是用兩條風(fēng)路分別進(jìn)行稀釋，從而使工作面的供風(fēng)量明顯降低，大大改善了工作面的勞動(dòng)生產(chǎn)環(huán)境。（3）由于沿空回風(fēng)巷可供相鄰區(qū)段復(fù)用，取消了區(qū)段煤柱，降低了掘進(jìn)率，提高了回采率，經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)有所改善。Y型通風(fēng)方式在無自然發(fā)火危險(xiǎn)的高沼氣薄煤層采用較多，當(dāng)采高大于1.6m后，因沿空護(hù)巷效果差而未能推廣。

18、（五）W型通風(fēng)方式當(dāng)采用對(duì)拉工作面時(shí)，可用上下平巷同時(shí)進(jìn)風(fēng)（或回風(fēng)）和中間平巷回風(fēng)（或進(jìn)風(fēng)）的方式（見圖2e）。采用W型通風(fēng)方式有利于滿足上下工作面同采，實(shí)現(xiàn)集中生產(chǎn)的要求。這種通風(fēng)方式的主要特點(diǎn)是不用設(shè)置第二條風(fēng)道；若上下端平巷進(jìn)風(fēng)，在該巷中回撤、安裝、維修采煤設(shè)備等有良好的環(huán)境；同時(shí)，易于稀釋工作面沼氣、使上隅角沼氣不易積聚，排炮煙、煤塵速度快。某礦某工作面是仰斜開采的對(duì)拉工作面，對(duì)拉工作面長300m分成A、B兩段（見圖9），形成了W型通風(fēng)系統(tǒng)。已往的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)已證明，回采時(shí)的沼氣主要是來源于采空區(qū)。為此，增開掘了一條排沼氣的專用巷道，該巷每隔50m有聯(lián)絡(luò)眼與回風(fēng)巷聯(lián)通。隨采煤工作面向上推進(jìn)，聯(lián)絡(luò)眼依次與采空區(qū)聯(lián)通，起到釋放沼氣的作用。該工作面處于生產(chǎn)水平標(biāo)高以下，除工作面進(jìn)回風(fēng)巷之外，沒有其它巷道，排沼氣專用巷沒有新風(fēng)補(bǔ)給。為