回采工作面Y型通风系统设计与通风阻力测定

摘 要：为了提升采面通风安全保障能力，避免上隅角瓦斯集聚给采面正常带来不利影响，以7528综采工作面为研究对象，采用沿空留巷实现采面Y型通风，材料巷、进风巷风量分别为1150m3/min、650m3/min可满足采面瓦斯、粉尘等稀释需要。在材料巷留巷段采用高水充填材料构筑巷旁充填墙不仅可对顶板岩层进行支撑、而且可降低留巷段漏风量。采面采用Y型通风时各段通风阻力分布合理，可满足采面生产需要。

关键词：回采工作面;采面通风;通风阻力;沿空留巷

近些年来随着采面煤炭产量逐渐增加，上隅角瓦斯集聚以及超限问题成为制约煤炭生产安全的重要隐患[1]。相对于U型通风而言，Y型通风（两进一回）可从根本上改变采空区内瓦斯运移方向，且不存在回风上隅角，从而避免回风上隅角位置瓦斯集聚问题[2-3]。大量研究结果表明，采面Y型通风时通风效果与留巷围岩控制效果及巷旁充填墙体密封性、支撑强度等有密切关联[4]。文中就以山西某矿7528综采工作面为工程研究对象，对Y型通风系统进行设计并进行通风阻力测定，以期为类似矿井Y型通风设计提供一定借鉴。

1 工程概况

山西某矿7#煤层埋深498.6m，厚度3.17m。直接顶为灰黑色泥岩（厚2.4m）;基本顶为细砂岩（厚10.8m）;直接底为粉砂岩（厚1.3m）;老底为中砂岩（厚5.5m），坚硬性脆。7326综采工作面为于南3采区，设计走向长850m、斜长120m，采用综采开采方式，采煤机型号为MG150/345-WDK、刮板输送机型号为SGZ630/264W、液压支架型号为ZY3200/15/36。7号煤瓦斯含量9.6m3/t，瓦斯压力0.94MPa，煤层具有突出危险性。

2 Y型通风设计

2.1 通风设计

为解决采面上隅角、回风巷瓦斯超限问题，拟定在7528综采工作面采用Y型通风技术。根据采面地质条件以及7326采面生产条件，采面进风巷、材料巷进风，留巷段回风，从而形成“两进一回”通风方式，具体见图1。

采面采用Y型通风后采面生产过程中产生的瓦斯、粉尘等采面进风巷风流稀释，上隅角瓦斯被材料巷进风、进风巷进风稀释，通过留巷段进入采区回风巷。根据采面瓦斯涌出以及Y型通风设计，将进风巷风量Q1、材料巷风量Q2分别确定为1180m3/min、680m3/min，留巷段风量Q3为1860m3/min。

2.2 留巷段围岩控制

Y型通风时需要留巷段回风，Y型通风关键是留巷段围岩控制。7326材料巷（高×宽=1900mm×3100mm）采用锚杆+金属网对围岩进行控制。在7326采面留巷段巷旁充填材料选用高水充填材料（型号ZKD型），该高水充填材料由A、B两种材料混合而成，根据试验结果以及采面实际情况，高水充填材料水灰比为（1.8～2.1）：1。该高水充填材料在充填完成后6h强度即可达到1.8MPa、3d强度达到5.1MPa、28d强度可达26MPa。

具体在巷旁布置的充填墙体长×高×宽=2000mm×

2100mm×2500mm，并采用螺纹钢锚杆（规格：18mm×

2400mm）对穿强度进行補强加固，锚杆布置两排，上排距顶板500mm、下排与上排锚杆相距1000mm，排距为1000mm，锚杆间采用钢带连接。在超前采面20m、滞后采面30m范围内采用单体、铰接顶梁对组成走向梁对顶板进行支护。在留巷段采用巷旁充填支护后，巷道围岩变形量整体较小，围岩变形主要集中在采面后方0～50m范围内，最终顶板、巷帮最大变形量分别为428mm、395mm。

3 通风效果

3.1 采空区内压力场分布

为了掌握采面Y型通风效果，采用数值模拟技术对U型、Y型通风进行模拟分析，具体U型通风、Y型通风时采空区压力场分布情况见图2所示。

从图中看出，采面采用传统U型通风方式时，采空区内压力沿着采面走向逐渐降低，在回风巷位置压力值最小;采用Y型通风时采空区内压力沿对角线方向（倾向走向方向）逐渐降低，并在留巷段尾部与采区回风巷交汇位置达到最小。U型通风采空区内压力最低点位于回风上隅角位置，而Y型通风时留巷段（回风段）均处于负压状态，使得采空区内涌出的瓦斯向留巷段流出，漏风量较U型通风增加约1.5倍。

Y型通风时由于留巷段整体处于压力降低区，在留巷段与采区回风巷交汇位置为压力最低点，采面不存在回风上隅角，因此从根本上杜绝采面上隅角瓦斯超限问题。同时由于材料巷、进风巷同时进风，提供的新鲜风流可有效稀释瓦斯，从而避免回风巷内瓦斯集聚。

3.2 Y型通风阻力测定

为了掌握采面采用Y型通风时通风阻力分布、风速以及风量变化规律，对采面两条进风巷（进风巷、材料巷）以及留巷段（回风巷）通风阻力、风量及风速等通风参数进行测定。具体步骤为：①依据现场条件合理布置测站;②采用JYF-1气压计测定、记录测站压力;③采用KG3088

风速传感器测定、计算平均风速;④采用皮尺测量巷道断面、周长、测点间距。

根据上述测量结果，并结合相关计算公式可求得采面内各通风段风阻、风压;根据通风系统中各段巷道用途，将其细分为进风段、用风段及回风段，具体获取到采面内各区段风阻分布见表1。将测量获取到的通风阻力与计算得到通风阻力进行比对，误差在5%以内。

从表1得知，采面进风段、用风段及回风段阻力占比分别为26.90%、20.09%、53.01%。采面留巷段内巷道围岩控制效果较好，回风巷断面稳定且可为回风提供有效断面，通风阻力分布在合理范围。

4 总结

①在7326采用Y型通风后，采面通风风量可满足瓦斯、粉尘稀释需要。在7326材料巷留巷段采用ZKD高水充填材料构筑充填体墙可实现对顶板岩层支撑，并减少留巷段漏风量;②采面留巷段处于对采面通风阻力实测后，采面进风段、用风段及回风段阻力分别为561.12Pa、421.23Pa、1114.63Pa，占比分别为26.90%、20.09%、53.01%，通风阻力在合理范围。

参考文献：

[1]黄忠贵.回采面通风系统优化与瓦斯治理分析[J].能源与节能，2020（02）：43-44.

[2]元继光.Y型通风系统在杜儿坪矿的应用实验研究[J].能源与节能，2019（02）：164-165.

[3]杨豫龙.Y型通风系统设计与通风阻力测定[J].煤炭与化工，2018，41（08）：42-43+47.

[4]杨刚，杨明杰.矿井Y型通风系统设计与通风阻力测定研究[J].中国煤炭，2018，44（08）：136-139+152.

作者简介：

王鹏军（1988- ），男，山西省长子县人，2018年1月毕业于太原理工大学，采矿工程专业，本科，现为工程师。