超近距离保护层工作面瓦斯来源分析及Y+Γ型通风系统优化研究
郭建伟
中国矿业大学 , 江苏 , 徐州221008
平煤集团公司五矿，河南，平顶山467091
内容提要：本文对平煤集团五矿超近距离保护层开采工作面瓦斯来源进行了测定分析，找出了超近距离保护层开采的瓦斯涌出规律，提出了Y+Γ型通风方式瓦斯治理新技术，并对实施效果进行了研究分析。
关键词：保护层瓦斯涌出瓦斯治理通风方式
一、问题的提出
平煤集团五矿是煤与瓦斯突出矿井，开采煤层为庚20煤层、己15煤层和己16、17煤层，其中庚20煤层和己15煤层为非突出煤层，己16、
煤层为突出煤层。己三采区是五矿主力开发采区，主要开采己15煤17
层和己16、17煤层。己15煤层与己16、17煤层层间距为0.2～11米，其中己15煤层平均煤厚1.6m，直接顶为泥岩，底板为砂质泥岩；己16、17煤层平均煤厚3.2m，直接顶为砂质泥岩，致密坚硬，底板为泥岩。
开采保护层是预防煤与突出最有效的区域性防突技术措施，《防突细则》规定，在煤与瓦斯突出矿井中开采煤层群时，必须首先开采保护层，因此为解决己16、17煤层的突出危险问题，可以首先作为己
煤层保护层来开采己15煤层，从根本上解决五矿的防突问题。但16、17
是己15煤层与己16、17煤层层间距只有0.2～11米，属于典型的超近距离保护层，开采过程中己16、17煤层中的大量卸压瓦斯涌入采掘空间，造成采掘工作面和回风流瓦斯浓度升高甚至超限，严重影响矿井安全生产，因此超近距离保护层工作面的瓦斯治理已成为其安全高效生产的瓶颈，必须探索新的瓦斯治理方法。
二、工作面基本情况
己15—23220综采工作面是五矿超近距离保护层工作面，设计走
向长度740m，倾斜长度200米，开采己15煤层，储量34.6万吨，平均煤层厚度1. 5m，煤层倾角8度，煤层瓦斯含量为7m3/t，是己16、
—23220采面的保护层工作面。其下伏的被保护层己16、17-23220工17
作面，储量98.5万吨，平均煤层厚度3.5m，煤层瓦斯含量为20m3/t。该区段己15煤层与己16、17煤层层间距为2～8米。
己15—23220采面采用Ｕ型通风方式，供风量为1545m3/min。自开采以来先后采取了上隅角抽放、采面浅孔抽放、机风巷底板穿层孔抽放及上隅角抽出式风机抽放等综合措施进行瓦斯治理，但由于煤层层间距很小，生产过程中大量被保护层瓦斯的涌出，致使回采工作面在推进过程中出现瓦斯涌出异常增大。采取增加风量的措施时，导致采空区漏风增加带出大量瓦斯，造成回采工作面上隅角和回风流瓦斯超限；不增加风量又解决不了采场瓦斯涌出问题，采面月产量不足2万吨，严重制约矿井的安全生产。
三、瓦斯来源测定分析
为真正摸清该工作面瓦斯来源，我们采用单元测定法沿工作面共布置了13个测站，将工作面划分为13个单元，测站布置见图1。每个测站从煤壁至采空区均匀布置4个测点，测站断面按如图2布置。测定每个断面的瓦斯浓度和进出单元断面的进出风量。进、回风巷各布置一个测站，测量不同条件下的瓦斯浓度和风量。测定连续3个原班，测量瓦斯浓度分布时间选在检修班进行，此时工作面不受割煤和移架影响，相对稳定。然后根据实际所测数据，分析瓦斯涌出规律。
工作面瓦斯浓度及风流参数实测数据见表1。根据单元法原理对表1中实测数据进行处理，处理结果见表2。不同测点沿工作面倾斜方向的瓦斯浓度分布见图3。
图1 单元划分图
1、2、3、4—采空区、立柱中间、人行道、煤壁瓦斯浓度测点
图2 综采工作面测点布置图
图2回采工作面测点布置图
图3 工作面各测点倾斜方向瓦斯浓度分布
表1 工作面瓦斯浓度及风流参数实测数据
对表1、表2分析，我们得出如下结论：
（1）、工作面瓦斯涌出量27.57 m3/min，其中：采空区的瓦斯涌出量11.69m3/min，煤壁、底板及采落煤炭瓦斯涌出量15.88m3/min。采空区瓦斯涌出量占工作面瓦斯总涌出量的42.4%，煤壁、底板及落
煤的瓦斯占工作面瓦斯总涌出量的57.6%。
（2）、己15煤层瓦斯含量7m3/t，煤层瓦斯含量很小，而工作面煤壁、底板及采落煤炭瓦斯涌出量15.88m3/min，占工作面瓦斯涌出量的57.6%，主要原因是己15煤层与己16、17煤层层间距只有2～8米，瓦斯来源于下部的己16、17煤层卸压瓦斯。也就是说在采面开采过程中，除了采空区、落煤和煤壁瓦斯涌出三种传统形式外，还有采场割煤及移架后造成的临近层瓦斯从底板涌出，这是超近距离保护层瓦斯涌出的新形式。
（3）、受漏风影响，采空区瓦斯涌出占整个工作面瓦斯涌出量的42.4%。瓦斯浓度从工作面始段至回风巷逐渐增大，进风到采面中部范围内瓦斯浓度变化不大，采面中部到回风上隅角瓦斯浓度增加较快，尤其是靠近回风侧30m范围内瓦斯浓度较高。
四、Y+Γ型通风系统治理瓦斯技术
由以上瓦斯来源测定分析可知，己15—23220采面开采期间瓦斯来源为：采空区瓦斯涌出量42.4%，煤壁、底板及落煤的瓦斯57.6%。也就是说在超近距离保护层开采过程中，采空区瓦斯涌出量和采场空间的瓦斯涌出量相对均衡，数值上介于40%—60%之间，因此采用U 型通风时，增加风量会导致采空区瓦斯涌出增加，造成工作面上隅角和回风流瓦斯超限，而减小风量虽然减少了采空区瓦斯涌出，但又解决不了采场瓦斯，同样会造成工作面上隅角和回风流瓦斯超限。
怎样解决超近距离保护层开采的这一问题呢？我们想有必要改变目前的U型通风方式，尝试采用其它新的通风方式解决这一问题。
通过对各种通风方式优缺点的对比分析，最终提出并采用Y+Γ型通风方式解决了这一问题，通风方式如图4所示。
图4 Y+Γ型通风方式图
Y+Γ型通风方式是将传统的U型通风方式两巷改为两条进风巷。下进风巷为主进风巷，上进风巷为副进风巷，另外在采空区后施工和维护一条专用回风巷回风。主进风巷的作用是稀释工作面底板、落煤和煤壁等涌出的采场瓦斯，并利用在采空区维护的回风巷，有控制地向回风巷漏风，使采空区瓦斯直接进入回风巷，而副进风巷进风的作用在于驱散上隅角瓦斯积聚，改变上隅角和采空区瓦斯流向，稀释回风巷瓦斯浓度。之所以称之为Y+Γ型通风方式，一是需要在回采的过程中沿空护巷，形式如Γ型；二是该通风方式具有Y型通风方式的特点，有专用瓦斯排放巷道。
五、Y+Γ型通风系统治理瓦斯效果分析
Y+Γ型通风系统优化方案确定后，对己15—23220采面通风系统进行了优化改造。将原Ｕ型进风巷改为主进风巷，配风1600 m3/min，原Ｕ型回风巷下部6米处新掘一条副进风巷，配风400 m3/min，原Ｕ型回风巷改为专用回风巷并在采空区上部维护一条巷道沿空与之贯
通供排瓦斯专用。Y+Γ型通风系统实施后，在回采的过程中对上隅角端头加强支护，沿空护巷，打开和工作面最近的联巷的密闭，实现两进一回，加大了工作面治理瓦斯的能力，使上隅角及工作面的瓦斯浓度都得到有效降低，取得了良好的效果。改变通风方式前回风巷外探头瓦斯浓度静态下在0.7%左右，生产时日均断电在15次（断电值设为0.8%），采用Y+Γ型通风方式后采面静态下瓦斯浓度在0.5%左右，生产时日断电次数降至1—2次。月产量由原来的不足2.0万吨，实现月产4.5万吨。为实现矿井的安全高效奠定了基础。
采用单元法对Y+Γ型通风方式瓦斯涌出情况进行测定，沿工作面共布置了13个测站，在检修班连续测定3个原班，单元划分及测定布置如图5所示。根据实际所测数据计算结果如表3所示。
图5 单元划分图
表3可以看出采空区瓦斯涌出比列占30.95%，而未改进通风方式时采空区瓦斯涌出比列占42.4%，表明采用Y+Γ通风方式后，采空区涌向工作面的比例变小，说明改进通风方式后，采空区的瓦斯一部分漏向专用排瓦斯尾巷，减少了涌向工作面的瓦斯量。从上隅角处瓦斯浓度迅速降低，说明该通风方式治理上隅角瓦斯超限效果明显。
六、几点体会
1、随着瓦斯治理技术的不断发展，保护层开采做为预防煤与瓦斯突出最有效的区域性防突技术措施已得到广泛应用，而保护层开采尤其是超近距离保护层开采过程中的卸压瓦斯向采场或采空区大量涌出已成为现场瓦斯管理中的难点。
2、积极转变瓦斯治理思路，对于近距离开采保护层工作面，不能单纯依赖某一种方法来解决瓦斯问题，要认真分析瓦斯来源，并结合现场实际才能制定出切实可行有针对性的瓦斯综合治理措施，不能生搬硬套。
3、严格执行各项安全技术措施，再好的安全技术措施也需要落实，尤其是对近距离保护层工作面的瓦斯治理目前还处于实践探索阶段，在瓦斯治理过程中还有许多不确定性，因此还需要进一步的研究和探
索。
[作者简介]郭建伟，男，1964年出生，教授级高级工程师，平煤集团五矿总工程师。1988年毕业于中国矿业大学，硕士研究生，在读博士研究生，发表科技论文多篇。通讯地址：河南省平顶山市平煤集团五矿，邮编467091，电话：0375-******* 0375-*******