長壁採煤法採煤工作面通風
方式的確定
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申報類別
摘要：長壁採煤法布置採煤工作面過程中如何選擇合理的通風系統和通風方式，是保證採煤工作面通風可靠、安全生產的關鍵，也是採煤工作面上隅角瓦斯治理的有效途徑本文就長壁採煤法採煤工作面通風方式進行了詳細的剖析，為煤礦安全生產和穩產高奠定了基礎。
關鍵詞：長壁採煤；通風方式；隅角瓦斯防治；通風可靠
前言：長壁採煤法在我國煤炭開採過程中是較為常用的採煤方法，它主要體現在搬家次數少，工作面產出率高，能達到高產高效的目的，但在布置過程中選擇不同的通風系統會遇到工作面的隅角瓦斯治理以及安全生產、穩產高產等方方面面的問題，所以長壁採煤法選擇合的的通風方式至關重要。
長壁採煤法有後退式與前進式兩種型別。無論是後退式工作面還是前進式工作面，沼氣主要都**於兩部分：一是正被開採的煤層；二是相鄰的岩層或煤層。
如果不實行沼氣抽放，相鄰岩層或煤層的沼氣將聚集在採空區。**於上述兩方面的沼氣總湧出量，直接影響工作面的安全生產。工作面的沼氣濃度，無論是後退式工作面，還是前進式工作面，皆由工作面風量來控制。
前進式工作面，由於採空區的漏風而減少了工作面的有效風量，但風流能有效地清洗工作面上隅角處的沼氣。後退式工作面，採空區的漏風大大地減少，但在走向長壁工作面上隅角處會出現沼氣的聚集（見圖1）。仰斜長壁工作面，沼氣上浮，沼氣集中於工作面空間，不利於工作面的安全生產。
俯斜長壁工作面，沼氣集中於上部採空區，有利於工作面的安全生產。
採用合理的工作面通風方式，可以有效地排出工作面沼氣，特別是高沼氣礦井、高溫礦井需要風量大，是工作面安全生產的重要保證。
長壁式工作面通風方式的選擇與回採順序、通風能力和巷道布置有關。通風方式是否合理，成為影響採煤工作面正常生產的重要因素。
一、工作面通風應滿足的要求
（一）採煤工作面要有足夠的風量，並符合《煤礦安全規程》的要求，特別要防止在工作面上隅角處沼氣的積聚；
（二）採用沿空留巷時，巷旁應採取防漏風措施；
（三）風流最好是單向順流，儘量減少折返、逆流，力求系統簡單、風路短；
（四）根據通風要求，進風巷、回風巷應有足夠的斷面和數目。
二、工作面通風方式的確定
長壁式採煤工作面通風方式主要有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，如果由後退式改變成前進式開採，除u+l型通風系統之外，其它各種通風系統對前進式開採都是適用的。採用無煤柱護巷，沿空預留的或沿空掘進的通風平巷與採空區之間有連續漏風現象，也會使工作面氣體流動狀況發生變化。通風平巷的數目、位置、風流方向、漏風方式的改變會派生出多種型別的工作面通風方式，而且每種通風方式其採空區沼氣濃度分布、沼氣湧出和積存的位置、自然發火分布位置都是不同的。
因此，必須根據回採煤層的賦存狀況、沼氣含量、煤與瓦斯突出危險程度、自燃傾向等因素，綜合考慮選擇相應的通風方式及巷道布置，這對改善工作面的安全生產環境，具有重要的作用。
圖2（一）u型通風方式，見圖2(b)
採煤工作面所需的風量，從進風平巷流入工作面後，部分風量沿工作面空間流動，直接從回風平巷排出；而另一部分則從切頂線下半部連續地向採空區流失，又從切頂線上半部陸續地流進工作面回採空間。根據現場實測結果表明，採煤工作面風流流動狀況具有圖3所示的特徵。
採空區冒落岩石的透氣能力不同，採空區漏風量也不同，根據現場實測結果，採空區漏風量佔工作面進風量的10—49%.工作面風量的分布呈兩端大、中間小的狀況。儘管工作面風量分布不均勻，但工作面的沼氣絕對含量是沿風流前進方向而逐步增加的。
從採空區重新流入工作面的風量仍有稀釋沼氣的作用。
長壁後退式採煤，u型通風方式，具有風流系統簡單、漏風小等優點，但風流線路長、變化大。長壁前進式採煤，u型通風方式，漏風量較大。在巷道維護較好的情況下，u型通風方式供風量可達800－1000 m/min。
實踐證明，當回採煤層沼氣湧出量為5-6 m/min時，u型通風方式仍然可以獲得較好的通風效果。
2流經採空區的距離長、控制的面積大，因此在對應流線的出口處（即上隅角），經常會處於沼氣超限狀態。 1、 0、 3……流動而流入採煤工作面空間。由於採空區氣體沿流線流動過程中陸續有沼氣洩出，使沼氣濃度增高。
匯集於工作面上隅角的流線 2、 1、 u型通風方式最大的問題，是在後退式採煤中工作面出口上隅角處有區域性沼氣聚集現象（見圖1）。從圖3的採煤工作面風流流動狀況可以看出：沼氣流入採空區後與漏入採空區的空氣混合，混合後的氣體沿流線1、 2、 3……流動而流入採煤工作面空間。
由於採空區氣體沿流線流動過程中陸續有沼氣洩出，使沼氣濃度增高。匯集於工作面上隅角的流線 0、 1、 2流經採空區的距離長、控制的面積大，因此在對應流線的出口處（即上隅角），經常會處於沼氣超限狀態。
圖4為某工作面採空區的沼氣濃度分布。該工作面採空區漏風量為207.5m/min，採空區絕對沼氣湧出量為4 m/min左右，工作面上隅角的沼氣濃度達6-8％，常因沼氣區域性超限而影響生產。
調查表明，當鄰近煤層向採空區洩出的沼氣量大於1.5-2 m/min時，工作面上隅角的沼氣濃度通常都在2%以上，上隅角區域性沼氣超限是u型通風方式普遍存在的現象。由此可知，如果沼氣**單純來自回採煤層的煤壁，u型通風方式可以稀釋5－6 m/min沼氣；如果沼氣是來自採空區一側，沼氣湧出量僅有2－3 m/min也帶來經常處理上隅角區域性沼氣積聚的麻煩。
因此，u型通風方式，在沼氣含量較大的後退式採煤工作面中應用時，必須採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
當沼氣量較大時，在採空區側利用木垛維護一段長度的回風平巷，在回風平巷中安設一根管道，該管道從工作面前方穿過工作麵線直至工作面後部，利用輕便壓風機，將工作面約1/3的風流通過管道送至回風平巷，從而清除工作面上隅角處聚集的沼氣，見圖5所示。這種方法只能用於沼氣含量不大的採煤工作面，在沼氣總湧出量為2.4 3 m3/min的工作面中，60％ 的沼氣湧出量，可通過管道送至回風平巷。
2、後部返回式通風
這種通風方式，不在採空區永久側維護回風平巷。在回風平巷下側留有3 5公尺寬的小煤柱，每隔一定距離利用聯絡眼將小煤柱切割，除保留乙個聯絡眼敞開外其餘聯絡眼均被封閉。在煤柱之下架設一排木垛，並採用幫浦輸送和噴灑泥漿材料對木垛進行密封，使木垛與煤柱之間保持一條通道。
採用這種方式，工作面所有風流先返回到後部採空區，再流入回風平巷，使工作面形成類似z型的通風方式，為工作面上端創造乙個「前進式工作面」的條件。在英國某礦使用時，在距工作面後部30公尺處開掘聯絡眼，工作面推進40公尺（距聯絡眼70公尺）後，再在工作面後部30公尺處開掘新聯絡眼，並將舊聯絡眼封閉。（見圖6）
這種通風方式的巷道掘進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後退式工作面首次採用時，雖然工作面沼氣總湧出量為18m3/min或更高，取得了良好的效果。
（二）u+l型通風方式
u+l型通風方式，即尾巷排放方式，是在採煤工作面採空區漏風風流軌跡的末端邊界上，事先掘成與採空區相通的聯絡眼，使採空區濃度較高的沼氣流人排放沼氣的專用煤層平巷或岩石平巷。由於聯絡眼與排沼氣專用平巷呈l型，並與u型通風系統配合使用，故又稱u+l型通風方式（見圖2b）。
由於尾部聯絡眼為採空區沼氣提供了出路，可以使風流流動呈圖7所示的狀況，採空區部分沼氣會以較高的濃度沿ψ0、ψ1流線從聯絡眼4排出，流入工作面的沼氣量減少，由於靠近切頂線下端的採空區漏風量較大，因此從上隅角流入工作面沼氣濃度會明顯降低。
隨工作面向前推進，聯絡眼至工作面的距離日益增加，從採空區流入工作面的流線ψ3、ψ4……在採空區所流經的距離會相應地增加，對應流線所控制的採空區面積也在逐漸增加，由採空區流入工作面的沼氣量也會逐漸增加，使工作面上隅角又會出現沼氣含量超限現象。這時必須開啟新的聯絡巷釋放採空區的沼氣。
釋放採空區沼氣的聯絡巷應提前掘通，聯絡眼進入切頂線後即可發揮排放沼氣的作用。兩聯絡眼之間的間距，根據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，採空區陷落岩石排列緻密，鄰近煤層距回採煤層近，工作面放頂後頂板隨之垮落，或者說採空區沼氣湧出距工作面切頂線較近者——包括厚煤層開採時由下部各分層湧出的沼氣，都會在切頂線後面陸續湧出，這時兩聯絡眼之間的距離應保持50m左右，甚至更小。
如果採空區孔隙率大，透氣性好，而且聯絡眼的排風能力強，並在聯絡眼處設有排放沼氣的專用風機，使採空區釋放沼氣的聯絡眼之間的距離應增大到160m。
u+l型通風方式，是減少採空區沼氣向工作面湧出的有效方法。在使用過程中，排沼氣專用巷3的沼氣濃度按區域性沼氣積聚現象來管理，其沼氣濃度應控制在2%以內。通常聯絡眼內的沼氣濃度較高，必須採取有效的措施。
排放沼氣的專用平巷3必須有新風補給，以便將聯絡眼出口的沼氣濃度稀釋到2%以下。
u+l型通風方式是將工作面沼氣從兩個方向排出。其中從u型系統排出的沼氣量可達5－6m/ min，其中包括1－2 m/ min的採空區沼氣；從尾排系統排出的沼氣可達7－8 m/ min,甚至更高。顯然，在開採厚煤層或復合煤層時，對難以用沼氣抽放技術、且沼氣含量大的近距離鄰近層和分層開採的厚煤層，採用u十l型通風方式是比較適宜的。
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