回采工作面Y型通風系統設計與通風阻力測定

摘 要：為了提升采面通風安全保障能力，避免上隅角瓦斯集聚給采面正常帶來不利影響，以7528綜采工作面為研究對象，采用沿空留巷實現采面Y型通風，材料巷、進風巷風量分別為1150m3/min、650m3/min可滿足采面瓦斯、粉塵等稀釋需要。在材料巷留巷段采用高水充填材料構筑巷旁充填墻不僅可對頂板巖層進行支撐、而且可降低留巷段漏風量。采面采用Y型通風時各段通風阻力分布合理，可滿足采面生產需要。

關鍵詞：回采工作面;采面通風;通風阻力;沿空留巷

近些年來隨著采面煤炭產量逐漸增加，上隅角瓦斯集聚以及超限問題成為制約煤炭生產安全的重要隱患[1]。相對于U型通風而言，Y型通風（兩進一回）可從根本上改變采空區內瓦斯運移方向，且不存在回風上隅角，從而避免回風上隅角位置瓦斯集聚問題[2-3]。大量研究結果表明，采面Y型通風時通風效果與留巷圍巖控制效果及巷旁充填墻體密封性、支撐強度等有密切關聯[4]。文中就以山西某礦7528綜采工作面為工程研究對象，對Y型通風系統進行設計并進行通風阻力測定，以期為類似礦井Y型通風設計提供一定借鑒。

1 工程概況

山西某礦7#煤層埋深498.6m，厚度3.17m。直接頂為灰黑色泥巖（厚2.4m）;基本頂為細砂巖（厚10.8m）;直接底為粉砂巖（厚1.3m）;老底為中砂巖（厚5.5m），堅硬性脆。7326綜采工作面為于南3采區，設計走向長850m、斜長120m，采用綜采開采方式，采煤機型號為MG150/345-WDK、刮板輸送機型號為SGZ630/264W、液壓支架型號為ZY3200/15/36。7號煤瓦斯含量9.6m3/t，瓦斯壓力0.94MPa，煤層具有突出危險性。

2 Y型通風設計

2.1 通風設計

為解決采面上隅角、回風巷瓦斯超限問題，擬定在7528綜采工作面采用Y型通風技術。根據采面地質條件以及7326采面生產條件，采面進風巷、材料巷進風，留巷段回風，從而形成“兩進一回”通風方式，具體見圖1。

采面采用Y型通風后采面生產過程中產生的瓦斯、粉塵等采面進風巷風流稀釋，上隅角瓦斯被材料巷進風、進風巷進風稀釋，通過留巷段進入采區回風巷。根據采面瓦斯涌出以及Y型通風設計，將進風巷風量Q1、材料巷風量Q2分別確定為1180m3/min、680m3/min，留巷段風量Q3為1860m3/min。

2.2 留巷段圍巖控制

Y型通風時需要留巷段回風，Y型通風關鍵是留巷段圍巖控制。7326材料巷（高×寬=1900mm×3100mm）采用錨桿+金屬網對圍巖進行控制。在7326采面留巷段巷旁充填材料選用高水充填材料（型號ZKD型），該高水充填材料由A、B兩種材料混合而成，根據試驗結果以及采面實際情況，高水充填材料水灰比為（1.8～2.1）：1。該高水充填材料在充填完成后6h強度即可達到1.8MPa、3d強度達到5.1MPa、28d強度可達26MPa。

具體在巷旁布置的充填墻體長×高×寬=2000mm×

2100mm×2500mm，并采用螺紋鋼錨桿（規格：18mm×

2400mm）對穿強度進行補強加固，錨桿布置兩排，上排距頂板500mm、下排與上排錨桿相距1000mm，排距為1000mm，錨桿間采用鋼帶連接。在超前采面20m、滯后采面30m范圍內采用單體、鉸接頂梁對組成走向梁對頂板進行支護。在留巷段采用巷旁充填支護后，巷道圍巖變形量整體較小，圍巖變形主要集中在采面后方0～50m范圍內，最終頂板、巷幫最大變形量分別為428mm、395mm。

3 通風效果

3.1 采空區內壓力場分布

為了掌握采面Y型通風效果，采用數值模擬技術對U型、Y型通風進行模擬分析，具體U型通風、Y型通風時采空區壓力場分布情況見圖2所示。

從圖中看出，采面采用傳統U型通風方式時，采空區內壓力沿著采面走向逐漸降低，在回風巷位置壓力值最小;采用Y型通風時采空區內壓力沿對角線方向（傾向走向方向）逐漸降低，并在留巷段尾部與采區回風巷交匯位置達到最小。U型通風采空區內壓力最低點位于回風上隅角位置，而Y型通風時留巷段（回風段）均處于負壓狀態，使得采空區內涌出的瓦斯向留巷段流出，漏風量較U型通風增加約1.5倍。

Y型通風時由于留巷段整體處于壓力降低區，在留巷段與采區回風巷交匯位置為壓力最低點，采面不存在回風上隅角，因此從根本上杜絕采面上隅角瓦斯超限問題。同時由于材料巷、進風巷同時進風，提供的新鮮風流可有效稀釋瓦斯，從而避免回風巷內瓦斯集聚。

3.2 Y型通風阻力測定

為了掌握采面采用Y型通風時通風阻力分布、風速以及風量變化規律，對采面兩條進風巷（進風巷、材料巷）以及留巷段（回風巷）通風阻力、風量及風速等通風參數進行測定。具體步驟為：①依據現場條件合理布置測站;②采用JYF-1氣壓計測定、記錄測站壓力;③采用KG3088

風速傳感器測定、計算平均風速;④采用皮尺測量巷道斷面、周長、測點間距。

根據上述測量結果，并結合相關計算公式可求得采面內各通風段風阻、風壓;根據通風系統中各段巷道用途，將其細分為進風段、用風段及回風段，具體獲取到采面內各區段風阻分布見表1。將測量獲取到的通風阻力與計算得到通風阻力進行比對，誤差在5%以內。

從表1得知，采面進風段、用風段及回風段阻力占比分別為26.90%、20.09%、53.01%。采面留巷段內巷道圍巖控制效果較好，回風巷斷面穩定且可為回風提供有效斷面，通風阻力分布在合理范圍。

4 總結

①在7326采用Y型通風后，采面通風風量可滿足瓦斯、粉塵稀釋需要。在7326材料巷留巷段采用ZKD高水充填材料構筑充填體墻可實現對頂板巖層支撐，并減少留巷段漏風量;②采面留巷段處于對采面通風阻力實測后，采面進風段、用風段及回風段阻力分別為561.12Pa、421.23Pa、1114.63Pa，占比分別為26.90%、20.09%、53.01%，通風阻力在合理范圍。

參考文獻：

[1]黃忠貴.回采面通風系統優化與瓦斯治理分析[J].能源與節能，2020（02）：43-44.

[2]元繼光.Y型通風系統在杜兒坪礦的應用實驗研究[J].能源與節能，2019（02）：164-165.

[3]楊豫龍.Y型通風系統設計與通風阻力測定[J].煤炭與化工，2018，41（08）：42-43+47.

[4]楊剛，楊明杰.礦井Y型通風系統設計與通風阻力測定研究[J].中國煤炭，2018，44（08）：136-139+152.

作者簡介：

王鵬軍（1988- ），男，山西省長子縣人，2018年1月畢業于太原理工大學，采礦工程專業，本科，現為工程師。