坑柄煤矿回采工作面下行通风的应用

摘 要：在现有的生产矿井中，绝大多数回采工作面都习惯于采用上行通风，回采工作面采用下行通风在我国使用的并不多。其实，许多条件下回采工作面采用下行通风在降尘、降温、防止上隅角瓦斯积聚和抑制采空区自燃发火等方面的效果都非常明显，在特殊条件下也是一个不错的选项。

关键词：回采工作面；下行通风；应用

中图分类号：TD724 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2013）02-0171-02

1 下行通风的应用

坑柄煤矿隶属于福建煤电股份有限公司，主管部门为福建省能源集团有限责任公司，该矿于1958年建井，1969年投产，矿井设计生产能力为30万t/a，煤层地质条件比较复杂，矿井主要开采煤层为童子岩组三段上段的2#、3#、7#及下亚段上部的28#等煤层。矿井开拓方式为平硐-暗斜井开拓，主平硐标高为+485 m。采煤方法采用走向长壁采煤法或走向斜坡壁式采煤法，利用煤电钻打眼，放炮落煤的施工工艺，工作面铺设铁溜槽溜煤，用全部跨落法管理顶板。矿井通风方式为中央并列式，通风方法为抽出式，采区通风系统设计为轨道上山进风，人行上山回风。矿井历年瓦斯鉴定结果为低瓦斯矿井，所采煤层自燃倾向性鉴定结果为不自燃煤层，煤尘爆炸指数鉴定结果为无煤尘爆炸性。

坑柄煤矿五采区复采时+435区段及+385区段，各有一个走向长壁采煤工作面，即+435区段西翼2#上采面和+385区段西翼2#上采面。由于+435区段西翼2#上采面的运输巷要兼做+385区段西翼2#上采面上回风巷，如果+435区段西翼2#上采面采用上行通风，就需要同时解决+435区段西翼2#上采面的进、回风问题，这就需要在+435区段及+485区段分别掘进长距离的进、回风巷，还要在+435区段设置不利于通风管理的通风设施，这不仅会大大增加矿井的工程投入，还会给该区段的通风管理增加难度，同时也拖延了+435区段西翼2#上采面的投产。如果+435区段西翼2#上采面采用下行通风，就可以利用原有的+485区段前石门掘进一条短距离的平巷作为+435区段西翼2#上采面的进风巷，这样的话不仅大大减少了矿井的工程投入，还有利于+435区段的通风管理，也加快了+435区段西翼2#上采面的投产。经过反复比较，我们将+435区段西翼2#上采面的通风方式采用了下行通风，结果矿井在以最少工程投入的基础上，保证了工作面的按期投产，同时也保证了工作面通风系统的稳定可靠。

2 下行通风的优点分析

①下行通风的降尘效果显著，能够有效的降低工作面粉尘浓度，有利于改善工作面的作业环境。究其原因，大致分析为以下几个方面：

其一，在倾斜工作面运动的煤尘受到的加速度可以分解成垂直加速度和水平加速度，下行通风向下的加速度比上行通风向上的加速度大，向上的加速度使煤尘悬浮，向下的加速度使煤尘沉降，因此，下行通风降尘效果比上行通风更好。

其二，工作面上行通风时，运输巷为进风巷，巷道中不但积尘较多，而且有许多装载点，因此运输巷煤尘浓度较大，从而使得工作面进风口的煤尘浓度相应的也较高。工作面下行通风时，上平巷为进风巷，巷道中积尘较少，煤尘浓度低，工作面进风口的煤尘浓度也低。

其三，由于上行通风的风流方向与煤炭运输方向相反，所产生的煤尘受到逆向的冲击，容易飞扬，而且运输巷飞扬的煤尘，都被上行通风的风流带入工作面，所以工作面上行通风风流中煤尘浓度明显比工作面下行通风风流中煤尘浓度大，恶化了工作面的工作环境。另外，下行风将溜子道所产生的煤尘直接带入回风巷中，而不进入工作面，这样就降低了工作面的粉尘浓度，更有利于改善工作面的作业环境。

②下行风有利于通风管理，能够保证工作面的通风系统稳定可靠。随着矿井机械化程度的不断提高，采面所需的设备、器材较多，绝大部份由上风道水平进出、或在上风道水平进行组装。在现有大多数的通风形式下，上风道水平的车场处于进回风之间，其风门开放频繁，不利于通风管理，不能保证通风系统的稳定可靠。而下行通风时，上风道水平为入风水平，进入上风道时就不用通过风门等通风设施，有利于车辆、人员方便的进出，又有利于通风管理，更能保证通风系统的稳定可靠。

③工作面下行通风，有利于防止煤层自燃。工作面上行通风上行风流在老塘内的流场较宽有较大部分气流流经老塘的流程较长，因此把大量热能带到上隅角与其周围的煤岩体进行热量传递，使上隅角的温度升高（积聚了大量热量），有利于煤层的自燃。工作面下行通风下行风流在老塘内的流场较之上行风流较窄，且仅有少量风流能到达下隅角，风流对老塘热量传递，交换较为分散，消除了热量积聚区。因此，采面的下行通风有利于防止煤层自燃。

④回采工作面的下行通风可以部分均衡矿井的自然风压，从而减小自然风压对矿井的作用，可极大的减少矿井风量因自然风压的变化而波动的现象，这对改善山区小型矿井的通风状况尤为重要。工作面下行通风，工作面入风口处的风流温度比上行通风的低，工作面下顺槽的放热量比上顺槽的大，而下隅角为回风侧，温度也较高，这样就与采空区内部温差较小，从而可以减少下隅角与采空区之间的自然风压，减少采空区内部因自然风压产生的漏风。另外，上隅角为进风侧，风压较大，还可以抵消一部分采空区内部的自下而上的自然风压。

⑤随着矿井开采深度和开采范围的增加、机械化程度的不断提高，高温热害已成为矿井主要的自然灾害之一，为了与热害做斗争，人们普遍采用了增加风量、改进开拓和开采方法、人工制冷等一系列措施，效果也还比较明显，但是这些措施都是建立在增加矿井大量的资金投入上，加大了矿井的生产成本。回采工作面采用下行通风降温，不需要增设其他设备，不需要增加巷道工程量，管理方便，成本低廉，降温效果也十分显著，是一种既经济实惠又切实可行的好办法。下行通风降温的主要机理为：工作面下顺槽的放热量比上顺槽的大，工作面入风口处的风温比上行通风的低；大部分机电设备都布置在下区段回风巷，设备产生的热量直接进入回风上山，不被带往回采工作面，使工作面温度降低。

⑥下行通风时，由于风流方向与瓦斯浮力的方向相反，所以风流与瓦斯层之间的相对运动速度大，完成一定的混合过程所需的能量少，其混合能力增强。因此，回采工作面下行通风工作面涌出的瓦斯比上行通风更容易与风流混合而被带走。

⑦下行通风可以减少回采工作面瓦斯涌出量，消除上隅角和下隅角的瓦斯积聚。设在同一工作面的条件下，在实行上行通风或下行通风两种形式下的风量相等，即是说上下出口处的风压差值相等。并把回采空间与老塘视作并联支，由于流至采空区这支风路的风阻值大，流经的风量和流速就很小。由于采空区内瓦斯在重力压差和热压差的作用下始终是向上的，即是说与上行风流方向相同，此时老塘流场较宽、较长，有相当部分的风将直达上隅角，这时风流是有利于老塘瓦斯向上移动和携出的。而下行通风，由于老塘微量风速的风压差值，既要克服老塘瓦斯重力压差和热压差的作用，还要迫使瓦斯下行，其风压差值递减速度较快，此时老塘流场应较上行风时狭窄，直达下隅角的老塘风量也少得多，因而下行通风可以促使老塘更多地储存一些瓦斯量、减少瓦斯涌出量。由此看来，作用于采空区上下两端风压差、在风阻值很大的采空区内在克服瓦斯自身的重力压差和热压差后迫使瓦斯下行就远比上行风流促进瓦斯上行困难得多。由上所述，工作面采用下行通风可以极大地减少老塘瓦斯涌出量，也即是减少了采面瓦斯涌出量，还可消除上隅角和下隅角的瓦斯积聚。

3 下行通风的缺点分析

①由于瓦斯的密度比空气的密度小，有一定的上浮力，回采工作面下行通风瓦斯自然流动方向和风流相反，在风速低形不成紊流状态的情况下，易造成瓦斯的分层流动或局部积存的现象。

②回采工作面下行通风，机电设备均布置在运输回风巷，运输回风巷中粉尘浓度较大，粉尘易积聚在机电设备上，一定程度上加大了机电设备的维护难度。

③下行通风的回采工作面发生火灾时，由于采面受到一个向上的火风压的影响，采面风量将随着火风压的增加而减小，甚至会出现微风或风流逆转。另外，采面风量随着火风压的增加而减小，瓦斯浓度相应的也增加，加大了回采工作面通风管理难度。

④采用下行通风时，溜子道为回风巷，机电设备多，容易产生电气火花或磨擦火花。对于高瓦斯矿井或煤与瓦斯突出矿井，瓦斯涌出量大，容易引起瓦斯事故。所以高瓦斯矿井或“双突”矿井不宜采用下行通风，而低瓦斯矿井，特别是瓦斯涌出量较小的矿井，可以采用下行通风。

4 结 语

通过我矿回采工作面实行下行通风的实践及对回采工作面下行通风优缺点的粗浅分析，我们可以看出，在低瓦斯矿井，煤层倾角较小的情况下，回采工作面下行通风较之上行通风有一定的优点，在特殊条件下是一个不错的选项。

参考文献：

[1] 周道生，罗显全.关于采煤工作面下行通风的几点思考和粗浅的认识[J].宝鼎科技，1992，（3）.

[2] 袁强，石琴谱.回采工作面下行通风时降温效果及其机理的研究[J].焦作矿业学院学报，1991，（2）.