“W”型通風系統(tǒng)采空區(qū)漏風路線測定的研究與分析

孫智勛

（中國平煤神馬集團平煤股份煤炭開采利用研究院，河南 平頂山 467000）

河南平寶煤業(yè)有限公司位于平頂山市東北25公里處，礦井核定生產能力240萬噸/年，服務年限92年，屬于煤與瓦斯突出礦井，礦井主采己15.17煤層，屬于自燃煤層，自燃等級為Ⅱ級。礦井采用中央分列抽出式，主井、副井、中央進風井進風，中央回風井回風。己15.17-12090采面位于己二東翼采區(qū)第五個區(qū)段，該采面采用“W”型通風系統(tǒng)，機巷、中煤巷進風，風巷回風，配風量2408m3/min，采空區(qū)漏風氧化自燃是導致礦井火災的主要因素，因此準確的測定采空區(qū)的漏風路線、漏風量，科學采取預防煤層自燃發(fā)火措施，是確保礦井安全生的重要依據。

漏風檢測方法

一、“W”型通風系統(tǒng)采空區(qū)漏風路線測定原理及方案

（一）測式原理

示蹤氣體測試是采用風流或漏風作為載氣，在特定路徑或采樣點采集氣體，判斷其中是否含有示蹤氣體或測試其濃度，以此判斷釋放點與采集點之間的風流導通性或漏風大小?，F場測試用的示蹤氣體，一般要求無害、穩(wěn)定性好、便于檢測，檢測精度高、測試點無或本底濃度低。示蹤氣體在采空區(qū)流動過程為氣體在多孔介質中的彌散過程，其濃度值不僅隨風流動向發(fā)生變化，在垂直流動方向也發(fā)生動力彌散，不考慮示蹤氣體的產生與消失，則可用式（1-1）表達濃度隨時間和運移距離的關系。

式中：D為彌散系數，X為示蹤氣體運移距離，V為采空區(qū)漏風速度，C為示蹤氣體濃度，T為運移時間，由公式（1-1）可知，垂直流動的空間，同一時間，不同位置測式的示蹤氣體濃度表現為以漏風點為中心向四周逐漸減小的曲面圓錐體。

（二）測定方案

1.釋放氣體及方法。示蹤氣體采用SF6釋放方法為定點均衡釋放。

2.釋放位置?？紤]到工作面風流流動特性，在工作面下隅角、進風側采空區(qū)，采用預先埋管，利用埋管將示蹤氣體釋放至采空區(qū)深部約10m位置，如圖1-2所示。

3.采樣點。為了檢測示蹤氣體在采空區(qū)內流動軌跡，采樣點沿工作面傾向方向一字排開，如圖1-2所示，為確各采樣點采集的氣體來自采空區(qū)而非巷道風流，采樣點的氣體采用鋼管插入架后架方法，借助軟管采集架后氣體。

4.采樣方法。采樣方法為人工采樣，時間間隔為5-10分鐘，取樣采用不銹鋼抽氣筒，取樣袋采用自制塑料袋，采樣時利用抽氣筒從抽采管連接的軟管上抽氣，然后利用針頭插入采樣袋子，將抽取的氣體打入取樣袋子，利用透明膠袋封堵針孔，每次采樣在采樣袋上記錄采樣地點、采樣日期和采樣時間。

5.氣體分析。采集的示蹤氣體采用北京分瑞利分析儀器（集團）有限責任公司生的SP-3420氣象色譜儀進行分析，檢測各采樣點不同時間的示蹤氣體濃度。

二、“W”型采煤工作面通風系統(tǒng)漏風檢測過程

（一）示蹤氣體的釋放及采樣

示蹤氣體釋放開始時間為上午11：15分，采用衡量釋放的方法，釋放流量為40ml/min，13：00關閉釋放鋼瓶的閥門，由于采用減壓閥控制，流量保持為40ml/min的時間為13：10，其后釋放流量開始衰減，至13：15分流量衰減為0，釋放結束，以衡量釋放為標準，有效釋放量為115min。

（二）采樣

采樣地點采樣時間從上午10：15至13：20，持續(xù)約185min，各采樣人員到達預定地點后，即開始采集氣體，釋放結束后，通知各采樣地點結束采樣。如表2-1

表2-1 采樣地點位置

三、測試結果及分析

（一）測試結果

采集的氣樣于受采樣地點環(huán)境影響，尤其是采樣地點風流影響大，采集樣品中采集到的示蹤氣體基本情況如表3-1的所示。

表3-1 各采樣地點采集到示蹤氣體情況

（二）測度結果分析

1.示蹤氣體濃度分布特征。將各采樣點檢測到示蹤氣體的氣樣，按其體積分數（濃度）大小在直角坐標圖中繪制出來，并對各采樣點示蹤氣體體積分數分布特征進行曲線擬合，如圖3-1所示。

沿工作面面長方向，從布置的測點采集到的示蹤氣體濃度值看，示蹤氣體濃度值是先增大，再減小，再增大的特征，主原因是工作面巷道布置特征、工作面通風系統(tǒng)以及瓦斯抽采系統(tǒng)，圖3-2是工作面下隅角為能位起點，沿工作面長方向的風流壓能分布測試結果，中間巷的使用，使采空區(qū)能位分布有別于傳統(tǒng)的“U”型通風方式，在中巷附近和工作面回風巷形成雙低壓區(qū)。負壓易于向該區(qū)域流動，示蹤氣體在漏風風流帶動下，在該區(qū)域相應就能易于檢測，檢測的示蹤氣體濃度相對就高，從而表現出圖3-1所示特征。

2.漏風方向。從圖3-1中可以看出沿工作面長風流流動方向，距離工作面機巷約100m處，工作面架后開始檢測到進風側釋放的示蹤氣體，但濃度很小，僅0.0108×10-6，相對于其他采樣點采集到的示蹤氣體濃度值，基本可以忽略，但該采樣點能檢測到示蹤氣體，說明該檢測點位置的漏風方向是從采空區(qū)向工作面空間漏風。

四、結論

（一）通過運用釋放示蹤氣體SF6，SP-3420氣象色譜儀進行分析，“W”型綜采工作面通風系統(tǒng)下隅角是采空區(qū)漏風的主要通道，上隅角是采空區(qū)漏風的主要匯合處，因此下隅角封堵是做好回采期間防煤層自燃發(fā)火的主要工作。

（二）在工作面面長方向，距離工作面機巷約100m左右，漏風是由工作面向采空區(qū)方向；100～260m范圍是由采空區(qū)向工作面方向漏風。