长壁采煤法采煤工作面通风方式的确定.pdf

1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 长壁采煤法采煤工作面通风方式的确定 崔海威 鸡西矿业集团公司 东山煤矿,黑龙江 鸡西158149 摘 要长壁式采煤工作面通风方式主要有U型、U L型、Z型、Y型、W型以及H型等几种。通风方式的选择与回 采顺序、 通风能力和巷道布置有关。通风方式是否合理,成为影响采煤工作面正常生产的重要因素。 关键词长壁采煤法;采煤工作面;通风方式 中图分类号TD72 文献标识码A 文章编号1008 - 8725200910 - 0062 - 03 Determination of Ventilation Way at Coal Face with Longwall Mining CUI Hai - wei Dongshan Coal Mine , Jixi Mining Industry Group Comp. ,Jixi 158149 , China Abstract The ventilation ways at the longwall coal faces mainly include U type , U L type , Z tyep , Ytype , W type and H type etc. The selection of ventilation ways relates to mining sequence , ventilation ability and roadways layout. Whether the ventilation way is reasonable , it becomes an important factor in normal produc2 tion at the coal face. Key wordslongwall mining ; coal face ; ventilation way 0 概述 长壁采煤法有后退式与前进式两种类型。无论是后退 式工作面还是前进式工作面,沼气都主要来源于两部分一 是正被开采的煤层;二是相邻的岩层或煤层。如果不实行沼 气抽放,相邻岩层或煤层的沼气将聚集在采空区。来源于上 述两方面的沼气直接影响工作面的安全生产。无论是后退 式工作面,还是前进式工作面,工作面的沼气体积分数均由 工作面风量来控制。 前进式工作面,由于采空区的漏风而减少了工作面的有 效风量,但风流能有效地清洗工作面上隅角处的沼气。后退 式工作面,采空区的漏风大大地减少,但在走向长壁工作面 上隅角处会出现沼气的聚集。仰斜长壁工作面,沼气上浮, 沼气集中于工作面空间,不利于工作面安全生产。俯斜长壁 工作面,沼气集中于上部采空区,有利于工作面安全生产。 采用合理的工作面通风方式,可以有效地排出工作面沼 气,特别是高沼气矿井、 高温矿井需要风量大,是工作面安全 生产的重要保证。 长壁式工作面通风方式的选择与回采顺序、 通风能力和 巷道布置有关。通风方式是否合理,成为影响采煤工作面正 常生产的重要因素。 1 工作面通风应满足的要求 1采煤工作面要有足够的风量,并符合 煤矿安全规 程 的要求,特别要防止在工作面上隅角处沼气的积聚。 2采用沿空留巷,巷旁应采取防漏风措施。 3风流最好是单向顺流,尽量减少折返、 逆流,力求系 统简单、 风路短。 4根据通风要求,进风巷、 回风巷应有足够的断面和数 目。 2 工作面通风方式的确定 长壁式采煤工作面通风方式主要有U型、U L型、Z型、 Y型、W型以及H型等,几种通风方式如图1所示 图1 长壁式采煤工作面几种主要通风方式示意图 211 U型通风方式 采煤工作面所需风量从进风平巷流入工作面后,部分风 量沿工作面空间流动,直接从回风平巷排出;而另一部分则 从切顶线下半部连续地向采空区流失,又从切顶线上半部陆 续地流进工作面回采空间。根据现场实测结果,采煤工作面 风流流动状况具有图2所示的特征。 采空区冒落岩石的透气能力不同,采空区漏风量也不 同,根据现场实测结果,采空区漏风量占工作面进风量的 10 ～49 。工作面风量的分布呈两端大、 中间小的状况。 尽管工作面风量分布不均匀,但工作面的沼气绝对含量是沿 风流前进方向而逐步增加的。从采空区重新流入工作面的 风量仍有稀释沼气的作用。 长壁后退式采煤U型通风方式具有风流系统简单、 漏风 小等优点,但风流线路长、 变化大。长壁前进式采煤U型通 风方式漏风量较大。在巷道维护较好的情况下,U型通风方 式供风量可达800～1 000 m3Πmin。实践证明,当回采煤层沼 气涌出量为5～6 m3Πmin时,U型通风方式仍然可以获得较 好的通风效果。 收稿日期2009 - 07 - 16;修订日期2009 - 08 - 18 作者简介崔海威1965 - ,男,黑龙江鸡西人,工程师,毕业于黑龙江科技学院,现任鸡西矿业集团公司东山煤矿通风副矿长。 第28卷第10期 2009年10月 煤 炭 技 术 Coal Technology Vol128 ,No110 Oct. ,2009 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 图2 U型通风工作面风流流动状况 从图2的采煤工作面风流流动状况可以看出沼气流入 采空区后与漏入采空区的空气混合,混合后的气体沿流线1 , 2 ,3⋯⋯ 流动而流入采煤工作面空间。由于采空区气体沿流 线流动过程中陆续有沼气泄出,使沼气体积分数增高。汇集 于工作面上隅角的流线0 ,1 ,2流经采空区的距离长、 控制的 面积大,因此在对应流线的出口处即上隅角 , 经常会处于 沼气超限状态。 图3为某工作面采空区的沼气体积分数分布图。该工 作面采空区漏风量为20715 m3Πmin ,采空区绝对沼气涌出量 为4 m3Πmin左右,工作面上隅角的沼气体积分数达6 ～ 8 ,常因沼气局部超限而影响生产。 图3 U型通风采空区的沼气体积分数分布 调查表明,当邻近煤层向采空区泄出的沼气量大于115 ～2 m3Πmin时,工作面上隅角的沼气体积分数通常都在2 以上,上隅角局部沼气超限是U型通风方式普遍存在的现 象。由此可知,如果沼气来源单纯来自回采煤层的煤壁,U 型通风方式可以稀释5～6 m3Πmin沼气;如果沼气是来自采 空区一侧,沼气涌出量仅有2～3 m3Πmin ,但也带来经常处理 上隅角局部沼气积聚的麻烦。 因此,U型通风方式,在沼气含量较大的后退式采煤工 作面中应用时,必须采取措施消除工作面上隅角处的沼气聚 集。主要有以下措施 1上隅角管道通风。当沼气量较大时,在采空区侧利 用木垛维护一段长度的回风平巷,在回风平巷中安设1根管 道。该管道从工作面前方穿过工作面线直至工作面后部,利 用轻便压风机,将工作面约1Π3的风流通过管道送至回风平 巷,从而清除工作面上隅角处聚集的沼气,见图4所示。这 种方法只能用于沼气含量不大的采煤工作面,在沼气总涌出 量为214～3 m3Πmin的工作面中,60 的沼气涌出量可通过管 道送至回风平巷。 图4 工作面上隅角管道通风 2后部返回式通风。这种通风方式不在采空区永久侧 维护回风平巷。在回风平巷下侧留有3～5 m宽的小煤柱, 每隔一定距离利用联络眼将小煤柱切割,除保留1个联络眼 敞开外,其余联络眼均被封闭。在煤柱之下架设1排木垛, 并采用泵输送和喷洒泥浆材料对木垛进行密封,使木垛与煤 柱之间保持1条通道。采用这种方式,工作面所有风流先返 回到后部采空区,再流入回风平巷,使工作面形成类似Z型 的通风方式,为工作面上端创造一个 “前进式工作面” 的条 件。在英国某矿使用时,在距工作面后部30 m处开掘联络 眼,工作面推进40 m距联络眼70 m后,再在工作面后部30 m处开掘新联络眼,并将旧联络眼封闭见图 5 。 这种通风方式的巷道掘进工作量和其它辅助工作量均 较U L型、Z型、Y型、H型见下述为小。在英国煤矿仰斜 长壁后退式工作面首次采用时,虽然工作面沼气总涌出量为 18 m3Πmin或更高,但也取得了良好的效果。 图5 后部返回式通风 212 U L型通风方式 U L型通风方式,即尾巷排放方式,是在采煤工作面采 空区漏风风流轨迹的末端边界上,事先掘成与采空区相通的 联络眼,使采空区体积分数较高的沼气流人排放沼气的专用 煤层平巷或岩石平巷。由于联络眼与排沼气专用平巷呈L 型,并与U型通风系统配合使用,故又称U L型通风方式。 尾部联络眼为采空区沼气提供了出路,可以使风流流动 呈图6所示的状况,采空区部分沼气会以较高的体积分数沿 ψ0,ψ1流线从联络眼4排出,流入工作面的沼气量减少。由 于靠近切顶线下端的采空区漏风量较大,因此从上隅角流入 工作面沼气体积分数会明显降低。 图6 U L型通风方式采空区空气流动状况 11 工作面进风巷 21 工作面回风巷 31 沼气平排放专用巷 41 联 络眼 随工作面向前推进,联络眼至工作面的距离日益增加, 从采空区流入工作面的流线 ψ3,ψ4⋯⋯在采空区所流经的 距离会相应地增加,对应流线所控制的采空区面积也在逐渐 增加,由采空区流入工作面的沼气量也会逐渐增加,使工作 面上隅角又会出现沼气含量超限现象。这时必须开启新的 联络巷释放采空区的沼气。 释放采空区沼气的联络巷应提前掘通,联络眼进入切顶 线后即可发挥排放沼气的作用。两联络眼之间的间距,根据 工作面的具体条件有很大的差别。一般来说,邻近层沼气量 大,采空区陷落岩石排列致密,邻近煤层距回采煤层近,工作 面放顶后顶板随之垮落,或者说采空区沼气涌出距工作面切 顶线较近者 包括厚煤层开采时由下部各分层涌出的沼 气,都会在切顶线后面陆续涌出,这时两联络眼之间的距离 应保持50 m左右,甚至更小。如果采空区孔隙率大,透气性 好,而且联络眼的排风能力强,并在联络眼处设有排放沼气 的专用风机,使采空区释放沼气的联络眼之间的距离应增大 到160 m。 UL型通风方式,是减少采空区沼气向工作面涌出的 有效方法。在使用过程中,排沼气专用巷3的沼气体积分数 按局部沼气积聚现象来管理,其沼气体积分数应控制在2 以内。通常联络眼内的沼气体积分数较高,必须采取有效的 措施。排放沼气的专用平巷3必须有新风补给,以便将联络 眼出口的沼气体积分数稀释到2 以下。 第10期 崔海威长壁采煤法采煤工作面通风方式的确定 63 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. U L型通风方式是将工作面沼气从两个方向排出。从 U型系统排出的沼气量可达5～6 m3Πmin ,其中包括1～2 m3Π min的采空区沼气;从尾排系统排出的沼气可达7～8 m3Π min ,甚至更高。显然,在开采厚煤层或复合煤层时,对难以 用沼气抽放技术、 且沼气含量大的近距离邻近层和分层开采 的厚煤层,采用U十L型通风方式是比较适宜的。 采用U L型通风方式,是将工作面沼气分而治之,既解 决了上隅角沼气长期超限的难题,又可以降低工作面通风系 统的阻力,改善工作面的生产环境。因而这种方法在鸡西、 西山、 阳泉等局的高沼气矿井都得到了广泛应用。 213 Z型通风方式 这种通风方式进风流与回风流的方向相同,所以也可称 为顺流通风方式。采用这种通风方式采区边界设有回风上 山,并配合有沿空留巷。这种通风方式可使区段内的风流路 线短、 长度变化小,漏风量小,并可利用漏风将工作面上隅角 处的沼气带到回风平巷。Z型通风方式效果较U型通风方 式好,一般用于高沼气的矿井,沼气涌出量大于10 m3Πt。 214 Y型通风方式 当采煤工作面产量大和沼气涌出量大时,采用这种方式 可以稀释回风流中的沼气。对于综采工作面,上下平巷均进 新鲜风流,不仅有利于上下平巷中的机电设备,而且可防止 工作面上隅角积聚瓦斯及保证足够的风量。这种方式也要 求设有边界回风上山,并配有沿空留巷。 开采薄煤层群时,首次采动的煤层,其工作面沼气主要 来自采空区一侧。采用U型通风方式不仅很难消除上隅角 沼气超限,甚至因风量增加造成工作面风速偏高,恶化生产 环境。如果采用U L型通风方式巷道,掘进率会明显增加。 采用Y型通风方式效果较好。 Y型通风方式,工作面两端煤层平巷均作为工作面进风 巷,工作面回风巷则是沿采空区维护并作为接续工作面用的 进风巷。如图7所示。 图7 Y型通风方式空气流动状况 11 运输机巷 21 材料巷 31 沿空回风巷 从工作面风流系统图中可以看出,在工作面范围内,沿 空回风巷的末端是风压最低点,从输送机巷流入的新鲜空 气,一部分沿工作面流动,稀释来自工作面落煤和煤壁涌出的 沼气;另一部分则流入采空区,与采空区沼气混合后从沿空回 风巷呈连续漏风状泄出。由于材料巷2也是工作的进风巷, 其风量大小可根据沿空回风巷的实际需要进行调节,保证沿 空回风巷的沼气体积分数符合 煤矿安全规程 的要求。 与原来的U型通风系统相比,安全技术指标得到明显改 善,各项对比指标数据详见表1。 从Y型和U型通风方式实施效果对比表明,Y型通风方 式有以下几项优点 1工作面最低风压点位于沿空回风巷的末端,而工作 面切顶线各点的风压均高于沿空巷末端风压,因此采空区气 体流动方向总是由切顶线向沿空巷流动,从而消除了隅角沼 气积聚现象。 2工作面落煤及煤壁涌出的沼气和采空区涌出的沼 气,是用两条风路分别进行稀释,从而使工作面的供风量明 显降低,大大改善了工作面的劳动生产环境。 3沿空回风巷可供相邻区段复用,取消了区段煤柱,降 低了掘进率,提高了回采率,经济技术指标有所改善。 Y型通风方式在无自燃发火危险的高沼气薄煤层采用 较多,当采高大于1.6m后,因沿空护巷效果差而未能推广。 表1 U型与Y型通风方式对比表 指标U型Y型 工作面长度Πm112112 煤层厚度Πm1.051.05 工作面风量Πm3min - 1 462216 工作面风速Πms- 13.851.80 工作面温度Π℃1518.5 工作面回风沼气体积分数Π1.530.48 上隅角沼气体积分数Π100.4 工作面新鲜风流数Π 条12 工作面平均产量Πtd- 1300402 215 W型通风方式 当采用对拉工作面时,可用上下平巷同时进风或回风 和中间平巷回风或进风的方式。采用W型通风方式有利 于满足上下工作面同采,实现集中生产的要求。这种通风方 式的主要特点是不用设置第二条风道;若上下端平巷进风, 在该巷中回撤、 安装、 维修采煤设备等有良好的环境;同时, 易于稀释工作面沼气、 使上隅角沼气不易积聚,排炮烟、 煤尘 速度快。 某矿某工作面是仰斜开采的对拉工作面,对拉工作面长 300 m分成A ,B两段见图8 ,形成了W型通风系统。已往 的生产经验已证明,回采时的沼气主要是来源于采空区。为 此,开掘了一条排沼气的专用巷道,该巷每隔50 m有联络眼 与回风巷联通。随采煤工作面向上推进,联络眼依次与采空 区联通,起到释放沼气的作用。 图8 设有尾巷的W型通风方式 1 ,21 进风巷 31 回风巷 41 排沼气专用巷 51 联络眼 该工作面处于生产水平标高以下,除工作面进回风巷之 外,没有其它巷道,排沼气专用巷没有新风补给。为了提高 排沼气专用巷的风量,工作面设有2条进风巷其风量分别 为630 m3Πmin和300 m3Π min 和1条回风巷排风量为500 m3Π min ,以增加流经采空区的尾排巷的风量。由于回风巷各个 联络眼漏风难以管理,为了提高尾排巷的风量,在该巷的出 口安设了2台抽沼气的专用风机,以提高尾排系统的负压, 增加巷道内风量。从数个联络眼流出的风量达445 m3Πmin , 沼气体积分数为219 ,回风巷风量为500 m3Πmin ,沼气体积 分数为018 。从尾排系统排出的沼气占工作面沼气涌出量 的76 以上。 改变工作面的通风方式实质上是改变工作面边界上的 巷道位置、 数目和气流方向。同样,在采空区边界上选择适 当的位置,掘成联络通道,根据生产需要调整联络通道的风 流方向和风量大小,同样可以控制采空区的气体流动方向和 大小,使这种控制对工作面安全生产产生有益的影响。 64 煤 炭 技 术 第28卷 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 地质条件对回采工作面顶板稳定性的影响 吴铁洲 七台河矿业精煤集团公司 新建煤矿,黑龙江 七台河154600 摘 要煤层直接顶板稳定程度的差异,其根本原因在于地质条件的差异。煤层顶板的岩性是影响煤层顶板稳定 性的重要因素。深入研究煤层顶板的地质条件,是管理好回采工作面煤层顶板的关键。 关键词地质条件;工作面;顶板稳定性 中图分类号TD1; TD3 文献标识码A 文章编号1008 - 8725200910 - 0065 - 02 Influence of Geological Conditions on Roof Stability at Coal Face WU Tie - zhou Xinjian Coal Mine , Qitaihe Mining Industry Cleaned Coal Group Comp. , Qitaihe 154600 , China Abstract The difference of stability degree at the immediate roof in coal seam , the fundamental reason lies in differences in geological conditions. The lithology of coal seam roof is an important factor of influencing on the stability of coal seam roof. Research in depth on geological conditions of the coal seam roof is a key of manag2 ing the coal seam roof at the coal face. Key wordsgeological condition; face ; roof stability 0 前言 在煤层未采动前,岩体内应力处于平衡状态。采动后岩 体的平衡状态受到破坏,造成了围岩变形、 回采工作面的顶 板下沉和垮落、 支架变形和破坏等,给回采工作面的顶板管 理造成很大的困难。深入研究煤层顶板的地质条件,是管理 好回采工作面煤层顶板的关键。 1 煤层顶板岩性 岩性是影响煤层顶板稳定性的重要因素。煤层顶板岩 性几乎都是沉积岩层,岩性的不同,其抗压强度也不同。同 一岩性,抗压强度变化的范围很大。同是砂岩,但矿物成分 的比例、 胶结成分、 胶结类型不同,它们的抗压强度显然也不 同。岩性在直接顶板分类中起着至关重要的作用。一般地 说,泥岩、 页岩和砂质页岩之类多为中等稳定顶板,而砂岩则 几乎都为稳定顶板。造成顶板不稳定的岩性往往是薄层的 泥质岩。如鸡西矿业集团杏花煤矿西一采区的36号煤层顶 板,为不稳定或为中等稳定顶板。 直接顶板岩层的组合形式对稳定程度有很大影响,它是 反映顶板整体性的最重要因素,这种组合形式即 “复合顶 板” 。复合顶板一般由下软上硬的不同岩性的岩层组成。由 于上、 下软硬层的下沉不同步,软层快而硬层慢,从而导致软 硬岩层 “离层”,有的顶板中间夹有一层煤线或软弱岩层。 有些顶板岩层组合中央有砂岩透镜体,在这种情况下, 透镜体很容易剥离而发生冒落,尤其是透镜体的边缘部位。 值得重视的是,许多直接顶板中的薄层的冒落,砂岩的冒落 比起泥岩来说都要厉害,往往呈大块岩体下落。 2 煤层顶板厚度 直接顶板的厚度一般为2 m左右,但是影响岩体强度的 是分层厚度。 层理面其实也是一种弱面,当顶板悬空时,沿层理面易 出现离层而发生顶板冒落。层理越发育,其顶板的整体性越 差,因而易发生冒落。如页岩的整体性比起厚层状的泥岩就 要差得多,前者易破碎,而后者就明显要好些,层面光滑的水 平层理比层面粗糙不平的斜层理或波状层理易产生离层,岩 性变化形成的层理比由结核等顺层分布所形成的层理更易 产生离层。 3 地质构造 地质构造是影响煤层顶板稳定程度的最重要的因素。尤 其是小型构造,它的出现可以使顶板岩层的整体性、 坚固性遭 到完全破坏,其强度大大减弱。需要强调的是,这时岩石越 硬,厚度偏大的岩层,其破坏性反而更大。煤矿回采工作面的 冒顶事故,有很多都是由于构造,尤其是小断层造成的。 311 小断层 216 H型通风方式 这种通风方式与Y型通风的区别在于工作面两侧的区 段运输巷、 回风巷均作为进风或回风之用,增加了风量,有利 于进一步稀释沼气。但这种通风方式系统较复杂,区段运 输巷、回风巷均要先掘后留,掘进、维护工程量较大,故 较少采用。 3 结论 由后退式改变成前进式开采,除U L型通风系统之外, 其它各种通风系统对前进式开采都是适用的。采用无煤柱 护巷,沿空预留或沿空掘进的通风平巷与采空区之间有连续 漏风现象,也会使工作面气体流动状况发生变化。通风平巷 的数目、 位置、 风流方向、 漏风方式的改变会派生出多种类型 的工作面通风方式,而且每种通风方式其采空区沼气体积分 数分布、 沼气涌出和积存的位置、 自燃发火分布位置都是不 同的。因此,必须根据回采煤层的赋存状况、 沼气含量、 煤与 瓦斯突出危险程度、 自燃倾向等因素,综合考虑选择相应的 通风方式及巷道布置,这对改善工作面的安全生产环境具有 重要作用。 责任编辑 王凤英 收稿日期2008 - 12 - 15;修订日期2009 - 05 - 08 作者简介吴铁洲1966 - ,男,黑龙江七台河人,采矿工程师,从事采矿技术工作。 第28卷第10期 2009年10月 煤 炭 技 术 Coal Technology Vol128 ,No110 Oct. ,2009