綜放工作面“U+L”型與“U+I”型通風方式下排放瓦斯效果對比

吳玉國 鄔劍明 王俊峰 周春山

(太原理工大學礦業工程學院,山西省太原市,030024)

★煤礦安全 ★

綜放工作面“U+L”型與“U+I”型通風方式下排放瓦斯效果對比

吳玉國 鄔劍明 王俊峰 周春山

(太原理工大學礦業工程學院,山西省太原市,030024)

通過綜合分析比較“U+L”型、“U+I”型兩種通風方式下排瓦斯巷對采空區瓦斯治理的優缺點和適合條件,并提出了各自的補充措施。

通風系統 綜放工作面 排瓦斯巷 瓦斯治理

AbstractOn the basis of a comprehensive analysis and comparison of the advantages and shortcomings of"U+L"type and"U+I"type gas draining drifts on gas control in gob areas and the conditions required for the application of the said two types of gas draining drifts,this paper proposes complementary measures for either types of gas drainage methods.

Key wordsventilation system,top coal caving longwall face,gas draining drift,gas control

隨著礦井采掘向深部延伸和采面單產能力的提升,綜放工作面瓦斯涌出量大量增加,造成工作面上隅角瓦斯頻繁超限,嚴重威脅礦井安全生產。據統計,采空區瓦斯涌出量占到綜放工作面瓦斯涌出量的70%以上,排瓦斯巷作為采空區瓦斯治理的主要手段發揮了積極作用。目前排瓦斯巷主要采取“U+L”型和“U+I”型兩種通風方式布置,通過排瓦斯巷瓦斯治理情況的研究發現,兩種形式各有其優缺點和適用條件。本文就目前排瓦斯巷使用存在的問題、技術效果進行分析,明確排瓦斯巷處理瓦斯能力的范圍,并對超出其能力范圍瓦斯涌出量的綜放工作面尋求瓦斯治理的補充手段。

1 綜放工作面排瓦斯巷兩種型式的原理

1.1 “U+L”型通風方式瓦斯排放的原理

“U+L”型通風工作面排瓦斯巷布置在回風巷外側,通過聯絡巷與采空區連通,工作面漏風向工作面后方排瓦斯巷聯絡巷移動并排出流經區域內的瓦斯 (見圖1)。同時,借用“Y”型通風的原理,在“U+L”型通風方式下綜放工作面回風上隅角通過打木垛的方式沿空留巷,使風流帶動上隅角瓦斯往采空區流動,有效地解決回風隅角瓦斯積聚問題。

圖1 “U+L”型通風系統示意圖

1.2 “U+I”型通風方式瓦斯排放的原理

“U+I”型通風工作面排瓦斯巷布置在回風巷內側,直接與采空區連通,工作面漏風向排瓦斯巷移動并排出流經區域內瓦斯 (見圖2)。在回風隅角退錨、充填的同時降低回風巷負壓,增加排瓦斯巷負壓,充分發揮排瓦斯巷作用,并抑制采空區瓦斯從回風隅角涌出,有效地解決了上隅角瓦斯積聚問題。

圖2 “U+I”通風系統示意圖

2 兩種通風方式下排瓦斯巷瓦斯治理情況

近年來,成莊礦綜放工作面同時使用“U+I”型通風方式下排瓦斯巷和“U+L”型通風方式下排瓦斯巷進行瓦斯治理。表1為各采面瓦斯超限情況統計。

從統計情況可以發現:“U+L”型通風方式工作面斷電頻次遠低于“U+I”型通風方式工作面的斷電次數,說明“U+L”型通風方式相對“U +I”型通風方式不易出現瓦斯超限。“U+L”型通風方式工作面未出現高濃度瓦斯,安全性好。由此看出,“U+L”型通風方式下排瓦斯巷在瓦斯治理效果上明顯好于“U+I”型通風方式下排瓦斯巷的瓦斯治理效果。

表1 采面瓦斯超限情況統計表

2.1 “U+I”型通風方式下綜放工作面瓦斯治理對策

對于成莊礦采用“U+I”型通風方式的工作面,在回采過程中,主要采取以下措施進行瓦斯治理。

(1)加強通風管理。確保采面通風系統穩定,排瓦斯巷和回風巷配風合理。

(2)加強“U+I”型通風方式下排瓦斯巷的維護,防止排瓦斯巷塌透,確保排瓦斯巷的使用。

(3)加強對綜放工作面地質構造、瓦斯地質、頂板巖性、頂板各分層厚度情況的預報。

(4)將各綜放工作面老頂來壓位置、強度、礦壓顯現資料及時進行總結,對綜放工作面周期來壓進行預報,超前預防。

(5)進、回風隅角堅持退錨處理,確保切頂線以里頂板能有效垮落。

(6)正常生產過程中應保證進風隅角切頂線處風障正常使用,封閉嚴密。每天檢修班施工隊組必須取掉進風切頂線處風障疏排采空區瓦斯。

(7)采用引巷抽放、采空區埋管抽放、鉆孔抽放或者以上多種方式相結合的綜合抽放。

2.2 防范瓦斯異常涌出造成事故的措施

(1)加強機電管理,確保機電設備防爆,確保瓦斯斷電保護靈敏可靠。

(2)合理組織生產,通過監督確保采面均衡生產,杜絕集中生產和突擊生產。

(3)在“U+I”型通風方式下排瓦斯巷中安設風速傳感器,監測排瓦斯巷風量,排瓦斯巷風量異常時,及時排查處理排瓦斯巷。

3 兩種通風方式下排瓦斯巷的經濟效果分析

3.1 “U+L”型通風方式下排瓦斯巷的優缺點

(1)優點:工作面風流較穩定、排放采空區瓦斯范圍大,不容易出現瓦斯在上隅角和排瓦斯巷中高濃度涌出的現象。同時回風巷與排瓦斯巷加大風量可以稀釋更高濃度的瓦斯。

(2)缺點:需要施工大量的聯絡巷,增加了巷道掘進工程量;聯絡巷多導致漏風量增大,給通風系統管理增加了難度;切頂線以里排瓦斯巷、聯絡巷和上隅角通道維護工程量大;降低了采區回采率。

3.2 “U+I”型通風方式下排瓦斯巷的優缺點

(1)優點:不需要施工大量的聯絡巷,巷道斷面積也相對較小,減少了大量的巷道工程。同時,還能提高資源回收率。

(2)缺點:受工作面超前壓力作用,容易出現排瓦斯巷頂板嚴重變形,甚至堵死的現象,造成排瓦斯巷失效;“U+I”型通風方式下排瓦斯巷對采空區深部的瓦斯影響不大,采空區頂板來壓會造成排瓦斯巷或上隅角高濃度的瓦斯涌出;“U+I”型通風方式下排瓦斯巷底板易發生塌透和割透現象,導致上隅角和后部三角區瓦斯濃度超限影響生產。

4 排瓦斯巷技術在厚煤層綜放工作面瓦斯治理中的應用前景

通過加強排瓦斯巷管理,充分發揮排瓦斯巷排放采空區瓦斯的作用,才能保證高瓦斯工作面的安全生產。“U+I”型通風方式下排瓦斯巷具有明顯的經濟效益優勢。但相對“U+I”型通風方式下排瓦斯巷而言,“U+L”型通風方式下排瓦斯巷能帶走采空區深部瓦斯,從而降低了采空區深部瓦斯濃度。采用“U+L”型通風方式下排瓦斯巷疏排采空區瓦斯,可降低周期來壓影響范圍內采空區瓦斯濃度,從而減少來壓期間的瓦斯涌出濃度。綜合以上分析,綜放工作面利用“U+L”型通風方式下排瓦斯巷治理瓦斯問題,在效果上明顯好于“U +I”型通風方式下排瓦斯巷,在瓦斯管理和通風安全上更優于“U+I”型通風方式下排瓦斯巷。因此在采面設計時排瓦斯巷盡可能采用“U+L”型通風方式布置。

在同時具備以下有利條件時,可以考慮使用“U+I”型通風方式進行瓦斯排放:

(1)當綜放工作面絕對瓦斯涌出量在25 m3/min以下時。

(2)煤體堅硬、整體性好,無斷層等強烈地質破壞帶,煤厚穩定在6.5 m以上。

“U+L”型通風方式可以適應復雜的地質條件和頂板條件,但需要做一定的改進,具體如下:

(1)改進聯絡巷施工工藝;縮短聯絡巷間距為30～35 m;加強排瓦斯巷、聯絡巷及聯絡巷兩端頭的支護。

(2)加強放頂煤管理,探索排尾架放頂煤工藝,減少采空區丟煤和瓦斯釋放,提高資源回收率。

總之,如果礦井地質結構復雜,礦壓顯現強烈,瓦斯涌出量不斷增加,應慎重使用“U+I”型通風方式。同時,隨著礦井向深部延伸,煤層上覆基巖厚度增加,煤體瓦斯含量和瓦斯壓力將進一步增加,給綜放工作面安全生產形成更大的威脅,由于綜放工作面通風能力趨于飽和,必須實施瓦斯綜合抽采。在逐步建立健全抽采系統的同時,必須完善抽采工藝,加強抽采管理,提高抽采效果。

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(責任編輯 梁子榮)

A comparative study on gas control effects by"U+L"type and"U+I"type gas drainage drifts in top coal caving longwall faces

Wu Yuguo,Wu Jianming,Wang Junfeng,Zhou Chunshan
(College of Mining Technology,Taiyuan University of Technology, Taiyuan,Shanxi province 030024,China)

TD725

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吳玉國 (1978-),男,講師,主要從事煤礦安全的教學與科研工作。