綜放工作面沿空留巷時的漏風(fēng)規(guī)律與通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化

荊紅俊

（山西鋪龍灣煤業(yè)有限公司山西左云縣037100）

1 引言

山西鋪龍灣煤業(yè)有限公司是山西煤炭進(jìn)出口集團(tuán)有限公司的全資子公司。礦井設(shè)計生產(chǎn)能力為120萬t，位于大同市西南部，左云縣東南25 km處的施家窯村一帶，井田內(nèi)含煤地層為石炭系太原組和山西組，批準(zhǔn)可采煤層為1#、4#、5#、8#，可采儲量為5 600萬t，現(xiàn)開采5#煤層。

鋪龍灣礦井5108綜放工作面采用沿空留巷布置，可采長度為1 266 m，傾向長度為149.5 m，5#煤層賦存穩(wěn)定，煤厚為7.1 m～8.35 m；工作面開采煤層有自燃傾向性，等級為Ⅱ級，煤塵具有爆炸危險性，工作面通風(fēng)方式為U型通風(fēng)。根據(jù)本工作面兩順槽掘進(jìn)資料，回采期間，工作面會遇到落差0.6 m～4.5 m的24個斷層構(gòu)造，對工作面正常開采影響比較大。工作面推進(jìn)560 m時，遇到落差為4.2 m的F1逆斷層，采煤機(jī)割煤速度變慢，增加了采空區(qū)落煤的自燃發(fā)火的幾率。為避免具有自燃傾向性的綜放工作面回采期間因漏風(fēng)嚴(yán)重造成采空區(qū)落煤自燃，需對工作面漏風(fēng)情況進(jìn)行分析，并提出相應(yīng)的改進(jìn)措施。

2 工作面漏風(fēng)規(guī)律分析

5108綜放工作面推進(jìn)560 m遇到斷層后，在其采區(qū)沿空留巷布置測點對風(fēng)量進(jìn)行監(jiān)測。5108工作面沿空留巷測風(fēng)點編號為An（n=1，2，3…），5109運輸順槽及沿空留巷的布置點編號為Bn（n=1，2，3…）,各測風(fēng)點之間的間距為100 m，圖1為工作面測風(fēng)點布置示意圖。5108綜放工作面共設(shè)置8個測風(fēng)點，已回采完成的5109工作面設(shè)置3個測風(fēng)點，對工作面及順槽、沿空留巷的風(fēng)速、風(fēng)量、干溫度、濕溫度及二氧化碳量進(jìn)行測定，對測定的數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總，得出工作面測點的漏風(fēng)率，見表1。

圖1 工作面測風(fēng)點布置圖

表1 工作面測點漏風(fēng)匯總表

由表1可看出，5108綜放工作面沿空留巷通過的過程中，工作面向采空區(qū)的漏風(fēng)率在0.9%到8.4%之間，而5109工作面的漏風(fēng)率達(dá)到8.0%，比較嚴(yán)重；靠近工作面作業(yè)區(qū)域處的漏風(fēng)量尤其嚴(yán)重。

3 Y型通風(fēng)設(shè)計

為從根本上解決工作面漏風(fēng)嚴(yán)重的問題，根據(jù)5108綜放工作面的地質(zhì)條件以及Y型通風(fēng)的要求，對5108綜放工作面的通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行改造，通過構(gòu)筑人工墻體，利用原有沿空留巷，將原有的U型通風(fēng)形式變成“兩進(jìn)一回”的Y型通風(fēng)形式，通風(fēng)形式布置圖如圖2所示，工作面進(jìn)風(fēng)量Q1、Q2分別為1 100 m3/min和600 m3/min，回風(fēng)量為1 850 m3/min。采用Y型通風(fēng)系統(tǒng)后，工作面瓦斯?jié)舛容^低，隨著工作面的推進(jìn)，瓦斯也不容易涌入工作面，造成工作面瓦斯積聚現(xiàn)象。

圖2 Y型通風(fēng)系統(tǒng)布置圖

3.1 Y型通風(fēng)合理性評估

為了評估Y型通風(fēng)系統(tǒng)的合理性，以5108工作面的工況為背景，采用FLUENT數(shù)值模擬軟件建立數(shù)值模擬模型，對采區(qū)內(nèi)的通風(fēng)阻力、瓦斯分布情況等進(jìn)行研究，模型設(shè)置沿空留巷為多孔階躍邊界，空氣成分與大氣成分一致，主要為氧氣和氮氣，因瓦斯含量較低，故忽略其在空氣中所占的比重，為方便研究氧氣的擴(kuò)散狀態(tài)，將空氣中初始?xì)怏w含量全部看做氮氣，沿空留巷的滲透率的大小為1×10-14m2，巷道的風(fēng)量設(shè)置為600 m3/min巷道。圖3為數(shù)值模擬幾何模型，巷1、巷2為進(jìn)風(fēng)巷，巷3為回風(fēng)巷，工作面走向長度為1 266 m，傾向長度設(shè)置為149.5 m，采高為14 m，進(jìn)風(fēng)巷道的尺寸為5 m×3 m（寬×高）。

圖3 Y型通風(fēng)系統(tǒng)模型

3.2 數(shù)值模擬結(jié)果分析

Y型通風(fēng)系統(tǒng)下，模擬采區(qū)風(fēng)速變化情況與空氣中氧氣的擴(kuò)散狀態(tài)模擬結(jié)果見圖4。

由圖4可明顯看出：采用Y型通風(fēng)時，風(fēng)道交匯處風(fēng)速變化等值線不到0.1 m/s，屬于比較低的范疇，所模擬的風(fēng)速為0.04 m/s～0.002 m/s，可見漏風(fēng)量比較?。谎鯕夂吭茍D的區(qū)域為0.15～0.105，說明所研究區(qū)域內(nèi)氧含量較低，也可說明漏風(fēng)量小，通風(fēng)效果好。

圖4 采區(qū)風(fēng)速變化等值線分布與采區(qū)氧氣濃度擴(kuò)散云圖

3.3 巷道通風(fēng)阻力測定

通過對采區(qū)通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，沿空留巷進(jìn)行加固，現(xiàn)有通風(fēng)方式變?yōu)閅型通風(fēng)，通風(fēng)線路與原有線路也有所區(qū)別，為了掌握Y型通風(fēng)系統(tǒng)通風(fēng)阻力、風(fēng)速等的變化規(guī)律，采用JYF-1型氣壓監(jiān)測計對各測點的氣壓進(jìn)行實時監(jiān)測，用KG3088風(fēng)速傳感器對各測點的風(fēng)速進(jìn)行測定，監(jiān)測點的設(shè)定根據(jù)現(xiàn)有通風(fēng)線路及地質(zhì)條件并參考原有通風(fēng)系統(tǒng)漏風(fēng)量測定時測點的布置進(jìn)行確定，現(xiàn)場實測值匯總見表1。將現(xiàn)場測定的數(shù)值帶入經(jīng)驗公式，即可得出巷道通風(fēng)阻力與風(fēng)壓的大小，與現(xiàn)場測定值的誤差在5%以內(nèi)，精度符合要求。

表2 采區(qū)通風(fēng)阻力匯總

由表2可知：Y型通風(fēng)系統(tǒng)回風(fēng)線路減小幅度比較大，通風(fēng)阻力分配合理，巷道維護(hù)難度較小。對工作面瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測后，得到瓦斯?jié)舛茸兓€，見圖5。

圖5 工作面瓦斯?jié)舛茸兓€

由圖5可知：隨著工作面的推進(jìn)，回風(fēng)巷的瓦斯?jié)舛戎饾u增大，可見，采用Y型通風(fēng)時工作面不容易發(fā)生漏風(fēng)現(xiàn)象，通風(fēng)效果較好。

4 結(jié)論

綜放工作面采用U型通風(fēng)方式時，工作面易發(fā)生漏風(fēng)現(xiàn)象，特別是易燃工作面推進(jìn)遇到特殊地質(zhì)構(gòu)造工作面推進(jìn)比較緩慢時，采空區(qū)落煤發(fā)生自燃的概率會大大增加。將U型通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，變?yōu)閮蛇M(jìn)一回的Y型通風(fēng)方式時，通風(fēng)阻力的分布更加合理，采空區(qū)大面積漏風(fēng)的概率會大大降低，巷道維護(hù)難度也會降低。對于自燃發(fā)火概率較大時，優(yōu)化通風(fēng)方式的同時，可采取在采煤工作時減小遺煤量、采煤結(jié)束后噴灑阻化劑，必要時采取注氮措施進(jìn)行工作面防滅火。