50120沿空留巷W型与Z型通风系统技术应用

50120 沿空留巷 W 型与 Z 型通风系统技术应用

胡水林

陕西澄城董东煤业有限责任公司 陕西 渭南 715200

摘要：在煤矿综采工作面回采过程中，设计合理的通风方式可以减小工作面的漏风量，同时还可以减小通风阻力。为了进一步对沿空留巷通风系统的研究，本文将结合50120工作面的实际情况，优化沿空留巷段原有的矩形通风系统，设计W型与Z型通风系统，提高综采工作面的通风效果，减小通风阻力。

关键词：50120沿空留巷；W型通风系统；Z型通风系统；技术应用

1. 50120综采工作面原通风系统存在的问题

1. 50120综采工作面介绍

50120综采工作面位于501采区南部区段，西临杨家庄保安煤柱，南至越家庄。地面标高+697.8m～+706.7m，工作面标高+302m～+322m，可采煤层5#煤。走向长度642m，倾斜长度150m，面积96300m²。5号煤为黑色，半亮型，由亮煤及暗煤组成,条带状结构，含黄铁矿结核，煤层厚1.97～4.61m，平均厚3.3m，煤层倾角平均6°，无瓦斯，不易自然煤层，煤的工业分类为贫瘦煤。

2. 50120综采工作面现存问题

50120综采工作面在通风系统设计时，空留巷段采用的高3.3米宽4.5米的矩形巷道。其留巷前原岩巷道支护断面图如图1.1所示，其采空区留巷段支护断面如图1.2所示。根据这种矩形巷道结构，50120采空留巷段通过硅锰钢挡矸柱与铁丝网铺设人工假墙，该人工假墙示意图如图1.3所示。根据实际使用发现，通过架设的人工假墙组成的通风系统，密封效果较差，存在严重的漏风风险。

图1.1留巷前原岩巷道支护断面图图 1.2采空区留巷段支护断面图

图1.3采空区留巷段人工假墙示意图

2. 50120综采工作面通风系统优化

1. 系统方案设计

为了更好地解决漏风严重的现象，公司决定根据50120综采工作面的实际情况，对现有通风系统进行优化。将50120工作面回风巷切顶卸压沿空留巷，作为相邻50126综采工作面回风巷,验证设计支护参数，通风系统方案优化等相关技术实践。50120综采工作面回风巷从切眼向东区段为沿空留巷段。在结构设计上将通风系统设计为“W”与“Z”型通风系统如图2.1所示。

图2.150120沿空留巷通风系统图

2. 优化后空留巷通风系统分析

50120综采工作面是公司第二个以空留巷作为工作面，通过“W”与“Z”型通风系统图可见，在综采面的上中下布置了3条巷道，并在三条巷道的左侧布置“Z”型巷道，“Z”型巷道与“W”型巷道互通。在“W”型巷道中间巷道回风，上下两侧为进风，即通风方式为两进一回。“W”型巷道的进风口与“Z”型巷道进风口联通，“W”型巷道的回风口与“Z”型巷道回风口联通。该通风方式通风阻力小，采空区漏风量相对较小，可减小工作面面采空区瓦斯涌出量，消除传统意义的上隅角。

3. “W”与“Z”型通风系统优缺点的比较

“W”型通风系统的优缺点

“W”形通风系统是一个回字工作面的中部增开了一条巷道，可以提高工作面通过的极限风量。但是在工作面的中部增开巷道会给回采生产带来很多困难。一般在瓦斯抽放较困难或工作面所需风量不足时，才被采用。

“Z”型通风系统优缺点

“Z”型通风系统可以使靠回风巷处不易产生瓦斯聚集， 可以很好的解决总成工作面的出现的瓦斯隅角。但当采空区有瓦斯，而进风巷又难以与采空区完全隔绝时，则瓦斯又会汇集到回风巷口，虽避免了采空区瓦斯涌到工作面上隅角，却使回风巷口处瓦斯易于超限。

3. 原通风系统与“W”与“Z”型通风系统对比

1. 沿空留巷段，漏风系数与原巷道比较

为了监测两种不同通风系统的漏风情况，通过采用相同的检查方法，对两种通风系统沿空留巷段进行瓦斯监测。具体方案为对在工作面回风上隅角安设一个甲烷传感器、一个一氧化碳传感器；在回风巷距工作面煤壁10m范围内安设一个甲烷传感器；在测风站各安设一个风速、温度传感器；在距回风巷口10-15m处安设一个甲烷传感器、一个一氧化碳传感器、一个粉尘传感器。所有传感器应垂直悬挂，顶板完好无淋水，距顶板（顶梁）不大于300mm，距巷道壁不小于200mm。随着工作面向前推进，中间每隔50m再安设一个瓦斯传感器，不间断测量巷道内瓦斯情况。经实际测量发现，原矩形通风系统瓦斯的漏风系数达到了1%左右，“W”与“Z”型通风系统漏风系数约为0.15%。可见，“W”与“Z”型通风系统的严密性远远大于原矩形通风系统的严密性。

2. 沿空留巷段，通风阻力与原巷道比较

在进行两种通风系统对比时，首先假定综采工作面通风量和倾向长度为定值，令原矩形通风系统的工作面摩擦阻力为 ，“W”与“Z”型通风工作面摩擦阻力为 ，假定两个工作面的切眼面积、长度和通风量均相同，根据通风阻力与风量的关系 ，假定巷道段风阻为定值

，矩形工作面段风阻为定值 。则矩型和“W”与“Z”型通风方式工作面摩擦阻力可通过式（1）和式（2）分别计算出来：

（1）

（2）

由式(1)、（2）式可知，“W”与“Z”型工作面进风与回风两端的风阻压差与距型工作面进风和回风的两端风阻压差比值为：

（3）

通过（3）使计算结果可知，在相同通风量的情况下，W”与“Z”型工作面进风和回风两端的风阻压差比距型工作面进风和回风的两端风阻压差小。减小的幅度约为43.75％，因此采用“W”与“Z”型通风系统其通风效率更高。

根据通风阻力与风量的关系 ，在相同通风量的情况下，可以推导出“W”与“Z”型通风系统与距型通风系统风量的关系：

（4）

根据公式(3)和(4)可知，“W”与“Z”型通风系统较矩型通风系统在相同风量的情况下，风阻明显减少，减小量可达43.75％。“W”与“Z”型通风系统较矩型通风系统风量提高33%，可见“W”与“Z”型通风系统能够更好的将综采工作面中的瓦斯携带出来。

结论

50120综采工作面为我公司第二个沿空留巷工作面，是“W”与“Z”型通风系统布置的第一个工作面。经实际验证采用“W”与“Z”型通风系统可以很好的解决瓦斯隅角，而且“W”与“Z”型通风系统比矩形通风系统通风阻力减小43.75％，通风量提高33%。

参考文献

1. 张肖良.高瓦斯综采工作面偏W型通风系统研究[J].煤矿现代化,2018(04):36-38.

2. 胡明.煤矿通风系统改造方案研究[J].山东煤炭科技,2017(08):91-93.

[3]郝凯.中小型复杂矿山通风系统改造[J].工程技术研究,2016(06):108.

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