全 文 ：第30卷第2期
2011年4月
生态科学
EcologicalScience
30(2)：178-182
Apr．20ll
朱敏，陈长华，李宝东．寺河矿大采高工作面通风系统优化[J】．生态科学，20ll，30(2)：178．182．
刎MiII枷e，C脏Nll锄glllm-two，LIBaodong-五．Ventilationsystem0ptimizationofS heCoalhighmining舭e阴．＆砒泓’口，＆切％
20ll，30(2)：178—182．
寺河矿大采高工作面通风系统优化
朱 敏1‘，陈长华2，李宝东34
1．辽宁工程技术大学资源与环境工程学院，阜新123000
2．辽宁工程技术大学资源与环境工程学院，阜新123000
3．中国煤炭科工集团沈阳研究院，沈阳110000
4．辽宁石油化工大学顺华能源学院，沈阳110000
【摘要】为了防治由于煤层开采强度、深度及瓦斯涌出量的增大而造成工作面瓦斯浓度的超限情况已成为煤矿开采中的重大安
全隐患。文章通过对寺河矿大采高工作面多巷道布置进行相似材料模拟和现场试验，提出了三进两回的通风方式，使工作面通
风系统得到优化，一定程度上解决了工作面瓦斯超限问题。多巷布置对高产高效工作面瓦斯治理技术研究具有重要意义，文章
初步建立了工作面瓦斯治理的框架，为今后类似条件的工作面瓦斯治理提供了参考依据。’
关键词：大采高；多巷道布置；通风系统优化；瓦斯治理
doi：10．3969／j．issn．1008-8873．2011．02．015中图分类号：TD712+．54文献标识码：A 章编号：1008．8873(2011)02一178．05
V．entilationsystemoptimization0fSiheCoalhighminingface
zHUMin．onel，CHENCl啪gllua-柳02，LIBaodong．zi3_4
1．C0llege可Res佣rcesnndE刖jmnnlentnlE 醉粥er{HgLiaon衲gTechnicnlUniverst劬F腻{n123000．Chino
2．Coltege可Res训rces册dEHvimn撇ntnlEngineering，Ltnon{ngTechnic口lUniverS奴F蜮inl23000．ChiM
3．she唧锄gDesi髓n确Rese口rchlnstil埘e．si№-conlEn昏ne酬ngGmup．sh绷y锄gnoooo，Chi凇
4．ShnhnEne嚼lnlit"te工l∞ni碍shi湘nU vers吼sheW佣gnoooo．Ch加
Abstract：G私oVermnduet0incrcasingmiIliIlgs仃％垂h，d印tllandg弱emissioniIlthew础ngface11asbecomea删0rcoalmining
safetyhazard．Byemployings mil盯mterialexp丽melltandfieldtestonmulti—roadwayinSiheCoalhigllminingface，weputfo州ard
aVentilation呻eofintakeairf．orthrcetimes蚰dretumairf．ort、Ⅳotimes，whichcan叩timizeveIltilationsystem锄dsolvem working
f如egasoVermnprobl锄inacertainextent．Multi-roadwayIayoutinhighe伍ciencyworkingf．aceisimport觚tins Ildyingg私con协ol
techIlology．Wbpreliminarilyestablishtllef me、vorkfog髂treannentinworkingface，whichpmvidesaval陇山lercfhenceb髂isfbr
g嬲仃eatIIl∞tundertllesimilarconditi∞s．
1(eywor出：highmiIling；multi—ro础vay；v朗tilationsystem叩 m妇ion；gasn．e砌ent
收稿日期：20lO．1l一15收稿，2011．04．02接受
基金项目：基于模糊渗流理论的采场瓦斯涌出和自然发火位置研究编号50774()4l
作者简介：朱敏(1986一)，男，硕士，从事矿井通风安全研究，E．rrlail：疝umin201l@163．∞m
‘通讯作者
万方数据
2期 朱敏，等：寺河矿大采高工作面通风系统优化 179
1弓I言(Introduction)
。随着煤矿开采技术的进步与发展，自20世纪80
年代以来，综采和综放开采方法在我国得到广泛的推
广应用。开采方法的改革，采掘推进速度加快，开采
强度加大，也使开采过程中的瓦斯涌出量大幅度增
加，有的煤矿单个回采工作面的瓦斯涌出量高达100
m3·min-1以上，原来应用的矿井通风瓦斯管理措施与
手段，单靠某一种抽放方法已不能适应要求。于是，
工作面多巷布置结合抽放瓦斯便得到了广泛的应用。
矿井高产高效是我国煤矿的发展趋势，对于高瓦
斯煤层，瓦斯治理难度较大，目前主要治理方法采用
通风和瓦斯抽放[1，21，同时改变工作面巷道布置方式，
在传统的一进一回的基础上，增加巷道数量。国内采
用较多的是U+L型通风，以往的瓦斯治理技术多建
立在这种传统巷道布置方式的基础上，采用4条或4
条以上巷道布置的大采高工作面，目前国内很少见，
由于巷道多，通风方式可以有多种选择，抽放方法采
用更加灵活，但国内没有现成的经验可以借鉴，因此
必须对多巷布置大采高工作面的瓦斯涌出规律进行
研究，优化通风方式及抽放方法，鉴于国内开展多巷
布置工作面瓦斯综合治理的研究并不多，因此开展的
多巷布置的高产高效工作面瓦斯综合治理技术研究
具有重要意义。
2国内外研究现状 (ResearChstatusomeand
abroad)
2．1国外
回采工作面防治瓦斯措施有区域性措施和局部
性措施两种[3】。前苏联、波兰、德国、英国等国采用
的区域性措施主要有：瓦斯抽放、开采保护层、煤层
大面积注水等；局部性措施主要有：松动爆破、超前
钻孔、水力冲孔、卸压槽等。目前主要采用瓦斯抽放
的方法：(1)瓦斯抽放钻孔布置(2)改善煤层透气性(3)
上隅角瓦斯积聚治理(4)对于大采高多巷布置工作
面，由于国外地质条件简单，瓦斯含量相对较低，治
理难度不大，国外多采用通风方式即可解决瓦斯治理
问题，个别情况下采用通风系统改造【4】与抽放结合的
治理方式。
2．2国内
我国煤矿抽放瓦斯技术的发展，大体经历了4
个阶段：
一是高透气性煤层瓦斯抽放阶段。20世纪初期，
抚顺龙凤矿首次试验成功了在高透气性条件下的煤
层瓦斯抽放技术，解决了抚顺矿区向深部开采的安全
问题，抽出的瓦斯还作为民用燃料得到利用。但由于
是抽放煤层瓦斯的初期阶段，所以在全国对于透气性
不如抚顺矿区煤层的瓦斯抽放技术，没有取得真正的
突破和明显进展。
二是邻近层卸压瓦斯抽放阶段【51。20世纪50年
代中期，阳泉矿区采用井下穿层钻孔抽放上邻近层瓦
斯获得成功，解决了煤层群开采中首采工作面瓦斯涌
出量较大的问题。在以后的十多年中，此种方法在我
国不同煤层赋存条件下的上、下邻近层的瓦斯抽放技
术中，得到广泛应用并取得较好效果。
三是低透气性煤层瓦斯强化抽放阶段。我国科研
院校与煤矿生产单位合作，先后试验研究了强化抽放
方法，如高压注水、水力压裂、松动爆破、水力割缝、
大直径钻孔、网格式和交叉式密集布孔等。其中多数
方法取得了一定效果，并提高了多低透气性煤层进行
抽放瓦斯的深刻认识与信心。尽管目前强化抽放瓦斯
措施仍在探索之中还没有达到工业应用的程度，但其
发展前途与空间是广阔的。
四是综合抽放瓦斯阶段。综合抽放瓦斯实质就是
将煤层开采前的瓦斯抽放、邻近层卸压瓦斯的边采边
抽和开采后的采空区瓦斯抽放等多种方法，在一个采
区(或工作面)内的综合应用。在抽放方式和工艺方
面，采用了钻孔抽放与巷道抽放相结合、常规抽放与
强化抽放相结合、井下抽放与地面抽放相结合、水平
钻孔抽放与垂直钻孔抽放相结合等综合抽放技术。目
前本矿就是采用工作面通风系统优化与抽放结合的
治理方式。
3工作面通风系统优化选择 (VentjIationsystem
optimizatedofworkingface)
3．1通风现状及分析
寺河矿采用抽出式分区通风方式，目前全矿有4
个进风井，3个回风井。由于寺河矿为高瓦斯矿井，
瓦斯涌出量大，单靠普通的通风方式已经难以满足生
产需要。多巷布置在我国其它矿区应用较少，但在寺
河矿却有其合理性，这是由寺河矿特殊的开采条件决
定的，工作面煤巷采用全锚支护，成本相对较低，因
此多巷布置在经济上是可行的；由于煤巷掘进时瓦斯
万方数据
±女#}Ec。109‘∞Is⋯e 30巷
涌出量较大，单巷掘进通风问题难以解决，因此往往
需要采用双巷掘进，此外引进国外的先进的连采设备，
为多巷掘进提供了设备上的保证，因此这种布置方式比
较适合于寺河矿的高产高般工作面。所以230ls首采
工作面采用多巷布置，共五条顺槽，顺槽之间有横川
相联，横川间距为35m，工作面拟采用“三进二回”
通风方式，顺槽断面一般呈矩形。
30相似模拟实验
在实验中，用铁板制作了一个1．8m×2m的箱
体，模型尺寸比倒为l：100，用有机玻璃作箱体上部
封盖，钢铁支架，箱体内部几何边界可咀改变，试验
台倾角能够调整．可以实现对多种几何形式采场进行
的模拟。通过分别在实验台中增加或删减巷道来实现
上面三种方案，在巷道中分间隔布置浓度传感器。让
混台气体通过巷道时能依次读出数据．回风巷用瓦斯
抽放泵进行抽放，并使用数码相机，电脑等进行数据
处理。相似模拟实验研究选择走向长壁工作面负压通
风。通过构建不规则介质相似模拟实验台”’“．相似
模型首次采用碎玻璃充填材料，更加真实地刻画了井
下采空区冒落矸石，由于充填材料可以更换，进而能
够逼近采空区冒落岩石区的不规则性。同时能够实现
对采场现实情况进行模拟研究。
通过瓦斯泵对箱体进行负压通风，在实验过程中
可以通过调节瓦斯泵来测定不同流量时采场的气体
运移规律．通过埋在巷道中的浓度传摩器上的读数，
能得到瓦斯气体的运移规律，画出浓度曲线分布。从
而检验三种方案分别对工作面瓦斯引排的效果。试验
台如图l：
褒1不同着道瓦斯浓度蠡据衰
m．1Dlm哪th帅dgnco_唧打IHoⅡdahh№
测的数据如表l，由相似材料模拟实验得出南案
三为最优(满足煤矿安全生产规程)：
3．3现场试验
方案一：三进两回采空区通风方案
工作面采用三进两回巷道布置，上作面东侧为进
风侧，布置两条进风顺槽，即ls、5s巷进风顺槽，
l s巷兼做皮带巷，工作面西侧为回风侧，布置一条
进风顺槽(3s巷)，两条回风顺槽(2s、4s)．同采
时，采空区两侧各横川均不密闭，风流扫过整个采空
区．见图2。
图l利用3dⅢⅡ馘的实验台
n&lshd●don№Mu吨3dm‘
方案(n理raⅡI)名称(N椰曲
t隅角瓦斯裱度
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回风巷瓦斯浓度(TalI尾巷瓦斯浓度(G0d
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三进两回慵Y形通风(nTec
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m姆Ⅲnof岫啪d14non)
万方数据
2Ⅻ 朱敏，等：寺河矿大来高工作而通风系统倪化
}蛭
、
、
圈2方案一三避阿目采空区通风幕绕示意图
n02Pmgnmlnr∞imothet帅eoP睁一Ⅱ嗽o”q
"DdⅫ∞㈣mm％rⅢ
方案二：三进两回职u形通风系统．保留尾韶
通风巷(见圈3)
田3方案二三进两回双u形疆风系统示意圈
n}3PH2r蛐2th唧妇。岫t哪b●ckp山，0fU¨_p哪
"nm●舶n”n哪m●日hm
工作面东恻为进风徊，即ls、5s巷为进凤顺槽，
l s巷兼做皮带巷，工作面西侧为回J】屯侧，布置一条
避风顺槽(3s)。两条回风顺槽(2s、4s)。随工作
面的推进，进风侧及时封闭将进入粟空区的横川，回
风侧在切眼前后各保持一个开譬{}横川，及时封闭切跟
后第二个开路横川，切眼前超前打开的横川做工作面
回风横川，切眼后的开路横川叫尾巷横川，把切眼最
近的进风横川以里保持通风的5s巷、与切暇平行的
原尾巷、2s、4s这部分通风巷道称为尾耜通风巷．
用于掺风稀释尾巷横川出来的瓦斯。
在进风横川以里5s正巷设风幛调节进上作面和
尾部通风巷的风量．工作面进风侧风量大部分进入工
作面，一部分经风幛漏风进入尾部通风巷。工作面风
流大部分沿工作面流动，一部分进入采空区，携带采
空区的瓦斯经尾巷横川捧出。尾部通风巷负责将尾巷
横川拮H{的瓦斯进行稀释。3s为副迸风巷，其风流
作用为：在回风侧增压治理上隅角瓦斯；稀释2s、4
s巷回风流瓦斯；通过沿途设施漏风．保证2s、3s
茌阃的横川瓦斯不超限；安装一台局扇负责尾巷横川
排放瓦斯，为采空区密闭点作业供风：打密闭材料的
主要运输通道。
本通风方法在回风横川以里，因尾巷横川瓦斯有
涌出．2、4巷局部区域可能会达到l’¨5％按尾
巷进行管理(浓度度低于2辨‘)。
方案三：三进两回偏Y形通风系统．不保留尾
部通风巷(见圈4)
巷逆布置与方案二类似，ls、5s、3s巷进风，
2s、4s巷回风，只是不保留尾揶通风巷．将密闭横
川改为密闭正巷，根据横川同距离．进风侧每回采
70m，将5s巷进风横川以里正巷进行封闭t回风侧
每回来105m(4s巷相邻两个横Jll间距离)，将2s、
4s巷回风横川以里正巷进行封闭，工作面切眼咀里
的ls与5s问的横川及3s与2s之间的横JIl不再封
闭，囚4s巷要复用，因此密闭2s、4s正巷同时密
闭里面的2s与4s问横川．固中阴影部分巷道按尾{}进
行管理。在尾部分的进出口处设置警示栅栏。在工作面
推进过程中．通过调节切眼前后联络巷及正巷的诲节风
窗，保证风量分配达到稀释魁巷瓦斯的要求，采用该通
风系统同时也需要采用抽放采窄区瓦斯等手段综合治
理配斯，3s巷做为进风副巷，其作用同方案二。
圈4方案!三进两目僖Y形通风系统示意翻
n}IPr00nm3岫钟Imotkt哪肚^叫d’讪-p柚
啪tIhd蚰spt咖m-蚪m
通过把这i种方案在现场分阶段进行试验，井利
用相似材科模拟实验以及现场测得的数据分析，得出
；点营建一
一弱淄墅雾
万方数据
生态科学Ec0Ioelcm＆1e嗽 30卷
以上3个结论：
1)采用三进两回采空区通风，初采100m范围内
尚可，当工作面推进130m以上时部分横川瓦斯浓度
达到了3％，回风瓦斯浓度也接近超限．随工作面推移．
产生采空区面积越来越大，瓦斯涌出置逐渐增加．工作
面进风8O∞甜·mjⅣ。以不足以稀释工作面涌出的瓦
斯．全矿井凡量已已接近饱和．无法增加，根据寺河矿
首采面实际情况．通风系统无法采用该方案。
2)采用三进两回双u形通风，即工作面最后方
保留一条巷道，初期进行了3个月的试验，工作面配
风量7600一·mⅡ。．其中进风侧(5s、1s巷)配
风量为5200mj-埘n‘，一部分约l000一·m时‘
经风幛漏风进入尾部通风巷，大部分4000mJ·mIn。
左右进入工作面。回风侧3s巷进风2400一·mlⅡ～。
采用初期，效果较好，基本未出现上隅角和回风超限
现象取得了一定的瓦斯治理效果，但随工作面推进．
该巷道维护困难．采空区涌出量大，涌出到巷道内．
造成巷道浓度增高，无法起到稀释尾巷的作用，且不
利于采空区瓦斯抽放等原因．因此投有取得满意的效
果，也不适舍寺河矿首采面。
3)三进两回偏Y形通风．引捧效果较好，有利
于上隅角瓦斯控制和采空区瓦斯抽放，对瓦斯治理效
果显著．确定该方案是寺河矿首采工作面的合理通风
系统。原因如下所示；
①三进两回采空区通风：不打密闭，工程量小，
易管理。但风流漉经整个采空区．瓦斯涌出量大．瓦
斯浓度较高，只能从采空区最后方尾部巷道进风稀释
瓦斯，采空区漏风严重，可能导致尾巷或回风瓦斯浓
度超限，不能进行采空区抽放。
@三进两回双u形通风：ls、5s进风量大，可
以从尾部通风巷进风，缓解工作面进风“瓶颈”问
题，隅角瓦斯容易治理。尾巷瓦斯不易管理，浓度较
高时，只能从采空区晟后方尾部巷道进风稀释瓦斯．
但尾部通风巷在采空区内不易维护，加之采空区蒲风
严重，尾部通风巷的风流可能起不到稀释作用。
@三进两回偏Y形通风：上隅角瓦斯容易治理．
由于采空区已基本封fjI，可减小采空区瓦斯向工作面
涌出，还有利于采空内瓦斯浓度的提高，以便于抽放。
但1s、5s进风量相对受限，密闭正巷工程量增加．
尾巷瓦斯浓度较高，必须进行有效的掺风稀释。
通过以上比较，最终选择方案三，因通风效果较
好，系统稳定，引排效果较好，有利于上隅角瓦斯控
制和采空区瓦斯抽放，对瓦斯治理效果显著．至工作
面回采完毕一直沿用。三进两回偏Y型通风引捧瓦
斯的原理，见图5。：—气
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田52∞lI作面瓦斯引捧瓦斯示意田
啦5ⅫFmMm¨e*∞lII“cIt．m_M"
实践证明，该通风系统从有利于采空区瓦斯抽
放，对于治理瓦斯效果显著，工作面月产量选5×105
t，最高日产量26x104t，工作面基本上未出现上隅
角及回风瓦斯超限现象。所以将该方案确定为寺河矿
首采工作面的合理通风系统。
⋯程远平，俞启香中国煤矿区域性瓦斯治理技术的发展
【q采矿与安垒I程学报，2007．24(4)：3抖385
121 张铁岗矿井瓦斯综合治理技术咖北京：煤炭工业出
版社。2∞l2，9035
口l#守信，夏洪满，韩每义丈采高高瓦斯综采I作面瓦
斯综台泊g技术田煤矿安_垒．姗，3瓢8)外邺
Hl邵国安矿井通风系统改造的实眭m煤擞技术．0009，
2Ⅸ3’87{8
闭纪洪伟高瓦斯综采I作面瓦斯治理成功经验【q煤炭
技术，2008，27(3)mD氍
旧赵聪．陈长华基于模期漕赢理论的采场自然发火田辽
宁I程技末大学学报(自然科学版)，2∞9．28(s萄：31·33
万方数据
寺河矿大采高工作面通风系统优化
作者： 朱敏， 陈长华， 李宝东， ZHU Min， CHEN Changhua， LI Baodong
作者单位： 朱敏,陈长华,ZHU Min,CHEN Changhua(辽宁工程技术大学,资源与环境工程学院,阜新
,123000)， 李宝东,LI Baodong(中国煤炭科工集团沈阳研究院,沈阳,110000;辽宁石油化工
大学顺华能源学院,沈阳,110000)
刊名： 生态科学
英文刊名： ECOLOGICAL SCIENCE
年，卷(期)： 2011,30(2)

参考文献(6条)
1.赵聪;陈长华 基于模糊渗流理论的采场自然发火[期刊论文]-辽宁工程技术大学学报（自然科学版） 2009(z2)
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5.张铁岗 矿井瓦斯综合治理技术 2001
6.程远平;俞启香 中国煤矿区域性瓦斯治理技术的发展[期刊论文]-采矿与安全工程学报 2007(04)


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