高突礦井回采工作麵下行通風的實踐

1　礦井概況

　　那羅寨煤礦為片盤斜井開拓方式，礦井設計能力為90萬t/a，分3個井區生產，各為30萬t/a，井下互不聯通，各為自成係統的獨立井區。井田麵積25.2 km²，井田煤係地層為上二迭係宣威組。宣威組煤係地層含煤34層，那羅寨井田內可采和局部可采煤層有11層，其中較穩定的可采煤層(主采煤層)為1^＃層(605)、7^＃層(601)、11^＃層(409)、13^＃層(407)四層煤。煤層傾角均介於8～15°之間。11^＃煤層瓦斯湧出最高，在建井施工及生產開采期間，發生過煤與瓦斯動力現象，經煤炭科學研究總院重慶分院1986年6月鑒定：“……那羅寨煤礦中煤組的409號(即11^＃)煤層應定為煤與瓦斯突出煤層。……那羅寨煤礦應定為突出礦井。”1997年8月礦井瓦斯等級鑒定為高突礦井。其相對瓦斯湧出量，一井為32.21 m³/t，二井為35.10 m³/t，三井為29.41 m³／t。

2　3116(Ⅲ)回采工作麵生產狀況及上行通風存在的問題

　　3116(Ⅲ)工作麵是三井區11^＃煤層回采工作麵，走向長300 m，傾斜長82 m，煤厚3 m，采高2 m，該麵對應地表為一向西傾斜的陡峭山坡，風巷對應地表最低標高+1 778 m，最小垂深為100 m，機巷對應地表最低標高+1 821 m，最小垂深為151 m，煤層傾角3～10°。

　　本層煤具有煤塵爆炸危險性，具有煤層突出危險性，自然發火期為4～6個月。
　　該工作麵采用走向長壁後退式采煤法，全部垮落法管理頂板，采用DY-150型采煤機落煤，上、下切口采用1.2 kW電煤鑽打眼放炮落煤。工作麵采用SGW-150型刮板輸送機，運輸巷采用SGW-40T型刮板輸送機和40型帶式輸送機運煤。采麵用DZ-2.2／100型單體柱和HDJA-1000型鉸接頂梁進行支護。柱距0.5 m，排距1 m，“三^。四”排控頂，最大控頂距5.1 m，最小控頂距4.1 m。

　　3116回采工作麵原設計為一個儲量27.35萬t的工作麵，在構麵期間，因受幾條落差5 m以上斷層的影響而將其劃分為3116(Ⅰ)、3116(Ⅱ)、3116(Ⅲ)3個回采工作麵。其巷道布置見圖1。

圖1　3116(Ⅲ)采麵巷道布置

　　3116(Ⅲ)回采工作麵為3116最後生產的一個工作麵，原設計為上行通風方式。因其進風巷受已回采結束的3116(Ⅱ)工作麵的采動壓力影響，巷道變形嚴重，其斷麵不能滿足運輸設備的安裝要求，故將運輸設備安裝在回風巷內。采麵輸送機機頭與回風巷超前輸送機機尾在工作麵上出口處搭接，采麵煤炭由下向上運輸。在采用上行通風方式一個月多的時間中，雖然采取了本煤層瓦斯抽放及上隅角瓦斯抽放等措施，終不能使采麵上隅角的瓦斯濃度降到1%以下(平均為1.64%，最高時達到2.88%)，致使該工作麵停停采采，不能保證正常生產，安全上也沒有保障。

3　采用下行通風方式的依據

　　3116工作麵在構麵期間、後期補掘巷期間及3116(Ⅰ)、3116(Ⅱ)、3116(Ⅲ)三個工作麵生產期間，都進行防突考查和預測預報，其考查數據分別為：機巷K_1max＝0.472 mL/(g^。min^1/2)， 風巷K_1max＝0.413 mL/(g^。min^1/2)，3116（Ⅰ）麵K_1max＝0.381 mL/(g^。min^1/2)，3116（Ⅱ）麵K_1max＝0.385 mL/(g^。min^1/2)， 3116（Ⅲ）麵K_1max＝0.276 mL/ (g^。min^1/2)，均小於0.5 mL/(g^。min^1/2)。

據此，確認3116(Ⅲ)麵的回采區域為無突出危險區，1992年版《煤礦安全01manbetx 》第169條及1995年版《防治煤與瓦斯突出細則》第24條、第25條分別規定：“突出煤層在開采過程中，如果已確切地掌握煤層的突出區域分布規律，並具有可靠的預測資料，由礦總工程師確定煤層在不同區域的突出危險程度，經礦務局總工程師批準後，在確認的無突出危險區內，可不采取預防突出措施”、“在無突出危險工作麵進行采掘作業時，可不采取防治突出措施，但必須采取安全防護措施。”鑒於上述根據，編製了相應的3116(Ⅲ)回采工作麵下行通風安全生產技術措施，對該麵的通風係統進行了改造，對3116（Ⅲ）回采工作麵采用了下行通風方式，取得了較好的效果，使該麵上隅角的瓦斯濃度降到了1%以下，確保了該麵能正常、順利地回采完畢。3116（Ⅲ）工作麵的上行通風係統及下行通風係統，分別見圖2及圖3。

圖2　3116上采麵原通風係統

圖3　3116上采麵下行通風係統

4　工作麵風流中的瓦斯濃度變化

　　工作麵風流在層流狀態下，瓦斯被風流帶走較為困難，工作麵風流在紊流狀態下，瓦斯是很容易與風流混合而被帶走的。風流的流態，可用雷諾數Re的大小來判別，當Re＞1×10⁵時，風流呈完全紊流。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(1)

式中V——風速，m/s；
　　Y——空氣的運動粘性係數，15×10^－6m²/s；
　　S——巷道斷麵積，m²；
　　u——巷道周界長，m。
　　由式(1)可寫為：V＝ReuY／4S，由此式可知，工作麵風流的紊流風速與工作麵的周界長、斷麵積有關，3116（Ⅲ）工作麵的最大控頂距為5.1 m，采高為2 m，其斷麵積為10.2 m²，周界長為14.2 m。則3116(Ⅲ)工作麵風流完全紊流狀態時所需的最低風速為

V＝1×10⁵×14.2×15×10^－6／（4×10.2）＝0.52 m/s

　　3116(Ⅲ)工作麵下在采用下行通風時，其平均風量為790 m³/min，則其風速V＝790/(5.1×2×60)＝1.29 m/s。即工作麵風流為完全紊流狀態。

　　下行通風時，由於風流方向與瓦斯浮力的方向相反，所以風流與瓦斯層之間的相對運動速度大，完成一定的混合過程所需的能量少，其混合能力增強(下行通風時，瓦斯和空氣的混合能力比相同條件下上行通風時的混合能力強)，因而工作麵湧出的瓦斯比上行通風更容易與風流混合而被帶走。

　　3116(Ⅲ)工作麵上行通風時，工作麵平均風量為816 m³/min，回風流瓦斯濃度平均為0.87%，下行通風時，工作麵平均風量為790 m³/min，回風流瓦斯濃度平均為0.5%。下行通風與上行通風相比，風量下降了26 m³/min，回風流瓦斯濃度不但沒有增大，反而下降了42.5%。

5　工作麵隅角瓦斯濃度變化

　　3116(Ⅲ)工作麵采用上行通風時，工作麵平均風量為816 m³/min，上隅角瓦斯平均濃度為1.64%，采用下行通風時，工作麵平均風量為790 m³/min，上隅角瓦斯平均濃度為0.13%(最大時達0.2%)，下行通風與上行通風相比，上隅角瓦斯濃度下降了92%，工作麵及上隅角瓦斯濃度變化詳見表1，下行通風時，下隅角最高瓦斯濃度為0.86%。這就表明，下行通風可以有效地解決上隅角瓦斯積聚的問題，且不會在下隅角產生新的瓦斯積聚。

03manbetx 原因是：

①上行通風時工作麵和采空區的總壓差比下行通風大，采空區的漏風量也比下行通風時大，因此下行通風從采空區帶出的瓦斯量就比上行通風時少，致使湧出量就比上行通風時低；

②從采空區流體流動狀態來03manbetx ，上行通風時采空區的漏風彙集分別在上部或下部，采空區內流體流動狀況如圖4a、b所示，無論漏風彙集在上部或下部，上行通風從漏風彙集排出的是下部瓦斯濃度較小的氣體，而下行通風時如圖4c、d所示，從漏風彙集排出的是上部瓦斯濃度遠較下部為高的氣體，因而使得采麵瓦斯湧出量減少。但若采空區密閉質量好，由於下行通風采空區漏風量小，也有可能把高濃度的瓦斯滯留於采空區內。正由於下行通風能把采空區上部高濃度瓦斯排出或滯留於采空區內，故上隅角瓦斯積聚的可能性就比上行通風小。另外，瓦斯從下隅角湧出後，受到浮力作用上升，在上升過程中與下行風流相混合，因而采用下行通風時，下隅角瓦斯的積聚也沒有上行通風時上隅角瓦斯積聚的情況嚴重。

表1　3116（Ⅲ）工作麵上、下行通風瓦斯濃度對照%

上　行　通　風 下　行　通　風 日期 采麵

瓦斯
濃度

回風流
瓦斯
濃度 上隅角
瓦斯
濃度 日期 采麵
瓦斯
濃度 回風流
瓦斯
濃度 上隅角
瓦斯
濃度 12-01 0.36 0.84 1.38 12-17 0.40 0.48 0.18 12-02 0.42 0.86 1.20 12-18 0.24 0.48 0.12 12-03 0.36 0.74 1.28 12-19 0.20 0.40 0.10 12-04 0.42 0.80 1.42 12-20 0.32 0.48 0.12 12-05 0.40 0.78 1.46 12-21 0.22 0.48 0.16 12-06 0.40 0.82 1.20 12-22 0.16 0.48 0.18 12-07 0.38 0.84 1.46 12-23 0.26 0.52 0.18 12-08 0.36 0.92 1.42 12-24 0.24 0.52 0.12 12-09 0.34 0.92 1.46 12-25 0.20 0.50 0.10 12-10 0.36 0.94 1.46 12-26 0.26 0.54 0.20 12-11 0.36 1.04 2.00 12-27 0.16 0.52 0.08 12-12 0.48 0.86 1.70 12-28 0.22 0.56 0.10 12-13 0.40 0.86 1.46 12-29 0.34 0.56 0.10 12-14 0.40 0.92 2.76 12-30 0.30 0.50 0.08 12-15 0.32 0.86 2.88 12-31 0.24 0.52 0.16 平　均 0.38 0.87 1.64 平　均 0.25 0.50 0.13 　　注：1997年12月16日上午10時，將3116(Ⅲ)工作麵上行通風方式改變為下行通風方式，此表為改變前半個月與改變後半個月的對照，資料來源於該麵的瓦斯日報。

圖4　采空區內流體流動狀況

　　3116(Ⅲ)工作麵的情況尤為典型，采用上行通風時，其上隅角瓦斯之所以大量積聚，除了來自本工作麵采空區的瓦斯外，還因通風負壓的原因，使3116(Ⅰ)、3116(Ⅱ)工作麵采空區的瓦斯大量溢出，而采用下行通風後，正因為下行通風能把采空區上部高濃度的沼氣排出或滯留於采空區內，所以其上隅角瓦斯積聚的情況就大大地下降了，基本上消除了上隅角瓦斯積聚。

6　安全技術措施和管理措施

　　3116(Ⅲ)回采工作麵采用下行通風方式後，為確保安全生產，采取了如下安全技術措施和管理措施：
　　(1)由通風工區每班派專人看守3116一探風門，嚴禁兩道風門同時打開造成采麵風流短路。
　　(2)對與該麵係統有關的通風設施，每班派專人檢查，發現問題立即彙報處理，確保該麵通風係統的穩定。
　　(3)采麵回風係統巷道斷麵尺寸，必須能滿足采麵正常風量通行，斷麵積要求在3 m²以上。工作麵風速不得低於1 m/s。
　　(4)采麵所有電氣設備必須杜絕失爆。
　　(5)回風巷風流中瓦斯濃度不得超過1%，並安設瓦斯自動檢測報警斷電裝置，其斷電濃度為1%，複電濃度小於1%，斷電範圍為3116(Ⅲ)工作麵及回風係統中的所有電氣設備。
　　(6)割煤機的內、外噴霧必須使用正常。否則嚴禁生產。
　　(7)每班派一名洗塵工負責衝洗回風係統煤塵，對防塵設施、隔爆設施進行維護，保證全用正常，堅決消滅煤塵堆積，否則嚴禁生產。

7　結束語

　　(1)在突出煤層的無突出危險區域內進行回采時，隻要措施得當，可以采用下行通風；
　　(2)下行通風能有效地解決上隅角瓦斯積聚的問題。

作者簡介　鄧聯枝　高級工程師，現任水城礦務局那羅寨煤礦總工程師。曾在《煤炭科學技術》、《礦山壓力與頂板管理》、《貴州煤炭》等刊物上發表論文8篇，地址：貴州省六盤水市，郵碼：553034。
作者單位：貴州水城礦務局那羅寨煤礦