高瓦斯矿井“Y”型通风瓦斯治理系统的应用.pdf

高瓦斯矿井“Y”型通风瓦斯治理系统的应用刘利兵（山西新景矿煤业有限责任公司防突队，山西阳泉045000）摘要：为了有效解决新景矿 3216 工作面开采时瓦斯含量高的问题，基于沿空留巷生产工艺及特点，通过对本煤层、邻近层和采空区抽采，配合工作面“Y”型通风方式对工作面瓦斯进行治理。根据 3216 工作面瓦斯情况，通过改善通风比、预抽采瓦斯与“Y”型通风相结合的方式，结果表明，该方案下的瓦斯抽采率为 70.81%，回风巷风流中的瓦斯浓度明显降低，有效减少了瓦斯含量，提高了生产的安全性。关键词：瓦斯抽采；沿空留巷；“Y”型通风；瓦斯治理中图分类号：TD712.6文献标识码：A文章编号：1004-7050（2023）09-0141-030引言瓦斯是煤在碳化过程中产生的一种气体，在综采工作面采煤过程中，赋存于原先煤体中的瓦斯以气体的方式被释放出来，在巷道或工作面内增加到一定程度后，如果被点燃就会发生爆炸，对煤矿工人的生命健康造成了严重的影响1。随着开采深度的增加，煤矿事故的发生率也越来越高，特别是瓦斯爆炸事故2-4。在高瓦斯矿井的治理工作中，不仅需要对瓦斯进行抽采，减少瓦斯浓度，还需要提高工人的安全意识，从根源上解决问题。新景矿作为高瓦斯矿井，瓦斯治理工作也是矿井的重点项目。矿井开采的 3#煤是瓦斯突出煤层，回采面通风系统从“U+L”型发展到“Y”型，随着生产需要，本着提高通风安全、降本增效理念，继续探索和改进着回采面的通风方式。近年新景矿在 3#煤回采面“沿空留巷”和“Y”型通风系统应用切实起到了瓦斯治理效果，现对实践应用进行分析。1工程概况佛洼区 3216 综采工作面标高 517556 m，埋藏深度为 500 m，工作面走向方向长 1 390 m，倾斜方向长 216 m，面积为 300 240 m2，煤层平均煤厚 2.39 m。所采煤层原生裂隙发育，结构简单，属近水平中厚煤层，其厚度在 1.862.95 m 左右，平均为 2.40 m。3#煤 3216 综采工作面每日生产大约为 4 500 t，风排瓦斯量为10.75m3/min，瓦斯抽放量为 26.09m3/min，绝对瓦斯涌出总量为 36.84 m3/min。3216 工作面瓦斯主要来源于本煤层工作面开采所释放的瓦斯、采空区和邻近层的瓦斯涌出，瓦斯具体参数，如表 1 所示。2“Y”型通风瓦斯治理系统如图 1 所示，新景矿所采用的通风系统为“Y”型通风系统，红色箭头代表进风，有两条一条回风。通风路线为地面新鲜空气佛洼进风井佛洼煤层轨道巷二区煤层轨道巷3216 进风巷3216 工作面3216 回风巷佛洼北翼回风巷佛洼回风井地面。其具体的“Y”型通风系统，如图 1 所示。按瓦斯涌出量计算，如式（1）式（2）的所示：Q采工83.3q采风KCH4，（1）Q采回125q采风KCH4.（2）式中：Q采工为工作面实际需要风量；q采风为工作面平均风排瓦斯量,取 10.75 m3/min；Q采回为回风巷实际需要风量；KCH4为风流瓦斯涌出不均衡系数，取 1.7。由以上计算得：3216工作面需风量为 1523m3/min，工作面回风巷需风量为 2 285 m3/min。1）分别在 3216 本煤层、邻近层和采空区进行钻孔预抽采。在工作面两侧分别钻孔，封孔深位于距孔口 816 m 处，封孔段长度不小于 7 m。3216 工作面、邻近层和采空区瓦斯抽采选用佛洼地面瓦斯抽采泵站负担，泵站型号为 2BEC72，额定流量为 500 m3/min收稿日期：2022-09-09作者简介：刘利兵，男，1979 年出生，毕业于太原理工大学，本科，助理工程师，主要从事瓦斯治理、矿山灾害防治方面的工作。总第 214 期2023 年第 9 期山西化工Shanxi Chemical IndustryTotal 214No.9，2023DOI:10.16525/14-1109/tq.2023.09.056表 13#煤层瓦斯基础参数表参数名称瓦斯含量/（m3/t）瓦斯压力/MPa透气性系数 姿煤层坚固性系数 f瓦斯放散初速度p/（mL/s）吸附常数钻孔衰减系数 d-1ab参数数值14.683 10.570.018 80.137 70.593733.36 1.150.068 71.594 2图 1“Y”型通风系统二区岩层轨道巷二区北翼回风巷进风回风3216 辅助进风巷3216 回风巷3216 进风巷工程技术山西化工第 43 卷（邻近层和采空区为 600 m3/min）具体抽采路线，如图 2 所示。2）对采空区采取防漏风措施5。沿空留巷支模期间，采用喷浆、喷洒快速密闭等措施对沿空留巷柔模与顶底板间，柔模与柔模间进行堵漏风处理，防止沿空留巷向采空区漏风；工作面生产期间，及时对进落山顶板采用退锚、剪网等措施，不能让采空区顶板处于悬挂状态，防止向采空区漏风；悬挂风幕以减少漏风，要求风幕能覆盖从煤帮到支架的整个断面。3）进行瓦斯突出危险性预测。以采用钻屑法、瓦斯涌出初速度法等方法，通过判断钻屑的温度或者是煤体的温度等预测掘进巷道是否有瓦斯突出危险性。沿着工作面每隔 10 m 左右布置预测钻孔，孔深一般大于 3 m，对工作面采煤时进行瓦突预测。之后对工作面瓦斯突出危险性由专业检验人员检验，如果无突出危险性，则可进行安全生产。4）建立瓦斯抽采系统，完善瓦斯抽采管理制度。为了减小瓦斯抽采的时间，让工作面尽快投入生产，可以在开切眼前一定距离布置横向和纵向钻孔，除此之外，还要合理安排抽、掘、采接替关系，按期检查瓦斯抽采装置和瓦斯浓度6-7，保证瓦斯抽采效果。3“Y”型通风方式数值模拟根据新景矿工作面实际情况，走向长 1 390 m，倾斜长 216 m，面积为 300 240 m2，煤层平均煤厚 2.39 m。设定工作面尺寸为 2.5 m250 m4 m，采空区尺寸设定为 220 m250 m2.5 m，回风巷和两个进风巷尺寸设定为 100 m2.5 m4 m，采用自动网格划分法得到的采空区模型图，如图 3 所示，时间步长设置为 1 h，具体参数如表 2 所示。新景矿3216综采工作面实际供风量为1523m3/min，将供风比 a 视为 1，研究当供风比减少 0.25，增加0.25 和 0.5 时的瓦斯体积分数，这四种情况下的瓦斯分布图，如图 4 所示。当供风比减少 0.25 时，瓦斯体积分数处于 50%以上的增加了几乎一半以上；当供风比增加 0.25 时，瓦斯体积分数降低不明显，但相比于原来的也改善了很多；当供风比增加 0.5 时，瓦斯体积分数处于 50%以上的区域反而增加了很多。瓦斯体积分数随工作面倾向距离变化，如图 5 所示。从图 5 中可以发现，随着离进风侧越来越远，瓦斯体积分数从 0 开始增加到 1 左右，在距离回风巷 10 m左右时，瓦斯体积分数迅速减少；红色曲线所代表的供风比为 0.75 的瓦斯体积分数，离进风侧越远增加得越快；当 a=1.5 时，由于采空区存在漏风使得空间中的瓦斯量增加，现有的供风条件抽采不能满足需求，采空区瓦斯体积分数甚至远超供风比为 1 的瓦斯体积分数。当供风比为 1.25 时，预抽瓦斯效果分析如下：1）采煤工作面回采前煤的可解析瓦斯量应达到的指标，如表 3 所示。3216 工作面最大可解析瓦斯含量为 Wj=5.1m3/t5.5 m3/t，符合规定。图 23216 工作面、邻近层和采空区瓦斯抽采路线邻近层抽采3216 煤层抽采采空区抽采3216 回风巷（椎400mm）3216 进风巷、辅助进风巷（椎400mm）3216 回风巷（椎530mm）3#煤北回风巷（椎630mm）佛洼回风井（椎820mm）佛洼地面瓦斯抽采泵站表 2模型参数表参数值煤密度/（kg/m3）1400煤颗粒当量直径/m0.05瓦斯密度/（kg/m3）0.716瓦斯朗格缪尔压力常数/MPa6.02瓦斯朗格缪尔常数/（kg/m3）0.015图 3采空区模型图图 4瓦斯体积分数变化图4-1a=0.754-2a=14-3a=1.254-4a=1.560%30%060%30%060%30%060%30%0142窑窑2023 年第 9 期表 3工作面回采前可解析瓦斯量应达到的指标可解析瓦斯量 Wj/（m3/t）工作面日产量/t81 00071 0012 50062 5014 0005.54 0016 00056 0018 0004.58 00110 000410 0000.751.001.251.502.01.51.00.50.004080120160200240280进风侧距离/m图 5瓦斯体积分数随进风侧距离变化2）瓦斯涌出量来源于邻近层的采煤工作面，工作面瓦斯抽采率的计算方法，如式（3）所示：浊m=QmcQmc+Qmf.（3）式中：浊m为工作面瓦斯抽采率；Qmc为月平均瓦斯抽采量，20.69；Qmf为当月工作面风排瓦斯量，10.75。代入数值计算得 浊m=70.81%。采煤工作面瓦斯抽采率 70.81 大于应达到的指标 20%到 40%，完全符合标准。3）工作面回风流中瓦斯浓度，3216 工作面回风流中平均瓦斯体积分数为 0.23%，低于 0.8%，符合标准。新景矿作为高瓦斯矿井，其开采的 3#煤是突出煤层，回采面通风系统从“U+L”型发展到“Y”型。“U+L”型的通风方式相比于“Y”型，该方式巷道布置简单巷道便于维护，由于瓦斯流场的特殊性，常造成工作面上隅角瓦斯浓度大于矿井安全标准8。而工作面“Y”型通风方式需要在采空区的一侧留设一条巷道，巷道的维护工作量较大但也有其优点9。相比“U+L”型通风 型通风方式有以下优点：1）沿空留巷的巷道正好处在采空区一边，因此采空区的瓦斯会直接进入回风巷，上隅角瓦斯浓度超限的问题也改善了很多。2）由于有两条进风巷，工作面的新鲜风流得到了很大的保证，工人的工作环境也相对较好。3）沿空留巷，由于其处在应力降低区，因此避免了留设很宽的煤柱，从而提高了煤炭资源的利用率。4）两条进风巷使得工作面通风风量增加，由于开采所产生的瓦斯浓度变得更小，温度也降低了很多10。4结论通过在 3216 本煤层、邻近层和采空区进行钻孔预抽采，对采空区采取防漏风措施，工作面瓦斯突出危险性预测，配合沿空留巷和采用供风比为 1.25 时的工作面“Y”型通风方式，应用结果表明，新景矿3216 工作面瓦斯抽采率高达 70.81%，回风流中平均瓦斯浓度仅为 0.23%，工作面通风风量增加，风排瓦斯能力增强，瓦斯治理效果显著，改善了工人作业环境，保障了矿井的安全高效生产。参考文献1姚宁广，徐芳.安徽省矿业科技进展、不足与展望基于近 10 年来矿业领域科技奖项数据J.金属矿山，2021（1）：202-212.2陈占全，杨伟，魏强.W 型通风工作面中隅角瓦斯治理技术研究J.煤炭技术，2021，40（2）：117-119.3付鹏.古城煤矿 N1303 综采工作面设备选型及配套设计J.煤，2020，29（6）：41-44.4许秀.古城煤矿 N1303 工作面开采方式及液压支架选型设计J.煤，2020，29（4）：36-38.5梁建功.朱家店煤矿 0403-工作面瓦斯抽采治理技术研究J.煤，2022，31（7）：74-76.6赵文曙，梁旺亮.高瓦斯矿井系统优化及瓦斯治理研究J.山西冶金，2022，45（2）：248-250.7刘晓辉.大采高综采面高瓦斯综合治理技术优化研究J.山东煤炭科技，2019（2）：94-96.8刘伦.坚硬顶板综放面瓦斯治理技术研究J.煤炭与化工，2021，44（10）：116-118.9王显军，刘宇飞.近距离煤层开采瓦斯综合治理研究J.煤炭技术，2021，40（10）：135-138.10何磊，杨胜强，孙祺，等.Y 型通风下采空区瓦斯运移规律及治理研究J.中国安全生产科学技术，2011，7（2）：50-54.Application of Y Ventilation to Gas Control in High Gas MineLiu Libing（Outburst Prevention Team of Shanxi Xinjing Coal Mine Co.,Ltd.,Yangquan Shanxi 045000,China）Abstract:In order to effectively solve the problem of high gas content in 3216 working face of Xinjing coal mine,based on the productionprocess and characteristics of goaf retaining roadway,the gas in the working face is controlled by pumping the coal seam,adjacent layersand goaf and cooperating with the Y ventilation mode of the working face.According to the gas situation of 3216 working face,byimproving the ventilation ratio and combining the pre extraction of gas with Y ventilation,the results show that the gas extraction rateunder this scheme is 70.81%,and the gas concentration in the air flow of the return air lane is significantly reduced,which effectivelyreduces the gas content and improves the safety of production.Key words:gas extraction;retaining roadway along goaf;Y type ventilation;gas control刘利兵：高瓦斯矿井“Y”型通风瓦斯治理系统的应用143窑窑