“U+L”型和“Y”型通风方式治理瓦斯效果对比分析研究

李庆源，刘 洋，李进鹏，吴世跃

（1.华晋焦煤公司，山西 离石 033000；2.太原理工大学 矿业工程学院，山西 太原 030024）

“U+L”型和“Y”型通风方式治理瓦斯效果对比分析研究

李庆源1，刘 洋2，李进鹏1，吴世跃2

（1.华晋焦煤公司，山西 离石 033000；2.太原理工大学 矿业工程学院，山西 太原 030024）

通过对综采面“U+L”型及“Y”型通风条件下采空区瓦斯运移规律进行理论、数值模拟对比分析，并结合沙曲矿24202综采面前期“U+L”型通风及后期沿空留巷“Y”型通风条件下瓦斯治理效果，阐述了采用“Y”型通风进行瓦斯治理的优越性，最后结合矿井生产的实际情况提出了今后的改进意见。

通风系统；瓦斯治理；沿空留巷

回采工作面通风方式对采空区瓦斯涌出治理具有重要影响。传统的“U”型通风，因其系统简单而风靡一时，但其只有一个回风通道，漏风流场将近采空区瓦斯携带到工作面出风口，致使上隅角瓦斯积聚超限现象严重。为了解决回风隅角问题，人们又提出了“Y”型、“H”型、“U+I”型、“U+L”型等多种通风方式。目前，虽然“U+L”型已被大范围推广应用，但“Y”型通风因其强大的排瓦斯能力，再次受到人们的青睐。本文就这两种通风系统在使用中工作面及采空区瓦斯流动分布规律、瓦斯治理能力做出详细的对比分析，阐述了在实际工程应用中“Y”型通风的优越性，最后就该通风方式存在的问题及改进意见做出探讨。

1 两种通风方式的工作原理

1.1“U+L”型通风瓦斯排放原理

为了解决回风隅角问题，相关学者探讨采用“U+L”型通风系统[1.2]，实质是对“U”型通风系统的一种改进：即将原“U”型通风系统回风巷改为进风巷，在其外侧另布置一条巷道作回风巷，在综放工作面回风上隅角以打木垛的方式临时沿空留巷，回风巷通过排瓦斯横贯与沿空留巷连通。工作面上下风巷同时进风，漏风向工作面后方排瓦斯横贯移动，最终将流经区域内的瓦斯排入回风巷内。

1.2“Y”型通风瓦斯排放原理

“Y”型通风系统也可以说是“U+L”型通风系统的改进：采取工作面的上、下巷同时进风，并对副进风巷在采空区的部分在覆岩未垮落之前进行材料填充，维护出一条巷道来作为回风巷，利用工作面漏风将瓦斯带入采空区深部的沿空留巷处。

2 两种通风方式下瓦斯治理效果比较

2.1 理论对比分析

大量研究表明,由于采用冒落法管理顶板，煤层开采后，在采空区顶板岩层形成卸压区，卸压瓦斯在多孔介质中的流动服从达西定律。裂隙带的形成，会促使煤体的渗透率迅速增大，使得煤体内卸压解吸的瓦斯运移速度加快。从邻近层涌出的瓦斯大部分渗流到采空区，使得采空区瓦斯在空间上存在压力差，这样就会导致采空区内部的瓦斯涌向工作面附近，直至压力平衡。在相同的工作面使用不同的通风系统，由于向采空区漏风程度及漏风流线不同，会使得压力平衡点向采空区内部不同程度的移动，致使瓦斯在采空区内运移规律、各点积聚程度以及涌向工作面的瓦斯量具有很大差异：

（1）对于“U+L”型通风，该通风方式上下风巷同时进风，但由于出瓦斯横贯距工作面较近，使得采空区最低负压点也靠近工作面。在采空区邻近关键层断裂时，瓦斯涌出量会突然增加，极容易造成上隅角及出瓦斯横贯处瓦斯超限。

（2）对于“Y”型通风，其出瓦斯口在切眼处，采空区最低负压点在采空区最底部。在压差的作用下，一方面会促使漏风风流深入到采空区深部，将流经区域的瓦斯带到沿空留巷附近；另一方面也促使深部采空区涌出的瓦斯具有总体向底部出瓦斯口流动的趋势。从而降低了工作面瓦斯浓度，避免了上隅角瓦斯积聚超限的现象。

2.2 数值模拟对比分析

本文利用Fluent软件，参照相关学者对矿井采空区瓦斯运移规律的研究成果[3]，对同一工作面在同样条件下使用“U+L”、“Y”型通风方式时采空区瓦斯分布情况进行了数值模拟。建模的坐标原点为模拟主进风巷矩形的中心点，X轴沿着推进方向，长度300m，Y轴沿着工作面方向长度200m。上下进风口宽度4m，边界类型设为Velocity Inlet，进风速度分别为0.34m/s、2.56m/s。沿空留巷宽度3m，填充墙宽度3m，工作面支架部分宽度2m，填充墙及工作面支架边界条件均设置为Porous Jump。回风出口边界设为Outflow，其他壁面边界条件均设置为Wall。根据矿井覆岩岩性，将采空区渗透率按“O”型连续分布处理条件下[4]，模拟结果，见图 1、2。

图1“U+L”型通风瓦斯浓度等值线图

对比图1、2可以看出：在采空区瓦斯涌出强度和有效控制采空区漏风等条件相同的情况下，“U+L”型与“Y”型通风相比，采空区瓦斯分布规律差异较大。沿工作面宽度方向，前者工作面瓦斯浓度增加速度快，且整体瓦斯浓度较高。在工作面上隅角处，前者瓦斯浓度达到0.6%而后者却维持在0.54%以下。沿工作面推进方向，整体来看“U+L”型通风浓度变化梯度偏大，采空区内距工作面40m处，瓦斯浓度基本上在0.8%以上，回风巷在0.56%左右。距工作面60m左右，由于受漏风影响较小，瓦斯浓度达到0.9%以上。而对于“Y”型通风，采空区漏风控制面积较大，在距离工作面40m处瓦斯浓度仍在0.72%以下，回风巷在0.52%左右，在距离工作面180m左右瓦斯浓度才达到极限值。另外，在“U+L”型通风出瓦斯横贯口处瓦斯积聚较为严重，距离贯口以内6m左右瓦斯浓度可达0.94%左右，存在着极大的安全隐患。由此可见在高瓦斯矿井使用“Y”型通风具有更强的瓦斯治理能力。

2.3 实际工程对比分析

沙曲矿为典型的高瓦斯且具有煤与瓦斯突出危险的矿井，24202工作面位于该矿4号煤层，工作面可采长度为1030m，工作面宽210m，其上下邻近层自上而下为2号煤、3号煤及5号煤，煤层层间距均小于10m，且瓦斯含量大，其中4号煤层原始瓦斯含量为6.91m3/t～14.52m3/t，其上下邻近层原始瓦斯含量亦在8m3/t以上。

24202工作面初期采用两进一回的“U+L”型通风方式，轨道巷为主要进风巷进风量为2460m3/min，胶带巷和补轨道巷配一定冲洗风，进风量分别为为320m3/min、450m3/min，工作面风流和胶带巷冲洗风汇合后流经回风横贯进入尾巷。虽然工作面总用风在3230m3/min左右，但工作面及回风流中的瓦斯浓度经常达到临界状态。在2009年的2月份至8月份期间，瓦斯超限现象时有发生。

工作面自2009年9月22日改用“Y”型通风系统，轨道巷为主要进风，胶带巷配一定量的冲洗风，工作面风流和胶带巷冲洗风汇合后流经沿空留巷、横贯进入回风巷。其中轨道巷进风量为2408m3/min，胶带巷进风量为525m3/min，总风量2933m3/min。24202工作面采用沿空留巷“Y”型通风方式后月产量与平均瓦斯瓦斯浓度变化，如表1所示。

表1 24202工作面使用“Y”型通风前后月产量与平均瓦斯浓度关系

从表1中可以看出：从9月22日形成沿空留巷后，工作面及回风流中的瓦斯浓度有明显的下将趋势，工作面回风流中的平均瓦斯浓度从2009年6月份的0.77%下降到2009年12月份的0.47%，平均保持在0.5%上下。2010年生产面基本解决瓦斯积聚超限现象。后期工作面回风流中瓦斯浓度有所上升，是因矿井对北翼抽采系统进行调整，该面的抽采能力不稳定所致。总体来看，24202工作面使用“Y”型通风解决了采面以及上隅角瓦斯超限问题，工作面月产量明显增加，实现了安全生产。

3 Y型通风的优点及改进意见

3.1 工程应用中“Y”通风的优点

“Y”型通风不需要留横贯，通过改变工作面通风线路及采空区瓦斯运移线路，增大了风排瓦斯量，消除了工作面上隅角瓦斯超限隐患;沿空填充留巷技术，大量减少了掘进量，省去了大量准备新工作面的时间，有效解决了生产衔接紧张问题;采用无煤柱回采技术，相比之下大大提高了煤炭资源的回收率，同时降低了煤层自然发火的可能性。

3.2 改进意见

根据开采工作面瓦斯涌出量规律、采空区的漏风率、工作面瓦斯允许浓度等参数，合理设置主、副进风巷的配风比[5]，在满足工作面通风需求情况下尽可能减小通风量；留巷充填体、留巷内原支护和后期支护必须满足足够的强度以保证留巷通风断面；为了防止沿空留巷瓦斯浓度过高，墙体成型后要及时喷射混凝土对墙体进行封闭，确保严密不漏风、不漏瓦斯。

4 结论

虽然“U+L”型通风设有专用回风巷，便于布置瓦斯抽放系统，但上隅角瓦斯超限时有发生。采用“Y”通风，通过合理的配风方法可以有效的解决上隅角瓦斯问题，消除瓦斯超限隐患。另外，“Y”通风方式不仅减少了巷道掘进量，而且提高了资源回收率。对于高瓦斯矿井，“Y”通风治理瓦斯具有一定的优越性。因此，当“U”型通风不能满足瓦斯治理要求时，应根据回采工艺条件优先选用“Y”型通风系统。

[1]高贵祥.“U+L”型通风治理回采工作面上隅角瓦斯[J].煤矿安全,2009(12):37-40.

[2] 宋俊杰.类Y型通风方式在突出矿井中的应用分析[J].煤炭工程，2005:29-30.

[3] 胡千庭.采空区瓦斯流动规律的CFD模拟[J].煤炭学报，2007(7):719-723.

[4] 高建良,刘佳佳,张学博.采空区渗透率对瓦斯运移影响的模拟研究[J].中国安全科学学报,2010(9):9-13.

[5]吴世跃,郭勇义.“Y”型通风方式治理高产综采面瓦斯的研究[J].西安科技学院学报2001(9):205-207.

Comparative Analysis on Gas Control Effect of U+L Ventilation and Y Ventilation

LI Qing-yuan1,LIU Yang2,LI Jin-peng1,WU Shi-yue2
(1.Huajin Coking Coal Corporation,Lishi Shanxi 033000;2.College ofmining Engineering,Taiyuan University of Technology,Taiyuan Shanxi 030024)

In themined-out areas,theoretical and numerical simulation comparative analysis on gas flow law with U+L ventilation and Y ventilation are conducted.The Y ventilation benefits are indicated by gas control effect comparison of U+L ventilation of fully-mechanizedmining face in the early stage and Y ventilation of gob-side entry retaining in the later stage of No.24202Shaqumine.Finally,combined with the actual situation,the suggestions for future are presented.

ventilation system;gas control;gob-side entry retaining

TD725

A

1672-5050（2012）08-0044-03

2012-04-02

李庆源（1960—），男，山东历城人，专科，通风安全工程师，从事矿山通风安全工作。

徐树文