麻家梁礦近距離煤層開(kāi)采工作面漏風(fēng)規(guī)律研究

李永剛，張曉軍

（沁水縣鑫海能源有限責(zé)任公司，山西 晉城048205）

1 工程概況

麻家梁礦開(kāi)采煤層為4#、5#、6#、7上#、7下#與9#煤層，各煤層間距較小，為近距離煤層開(kāi)采，其中，4#煤層為首采煤層，4#煤層與5#煤層層間距為5m，煤層回采期間，工作面漏風(fēng)方式復(fù)雜，14201 工作面位于麻家梁礦井田中部，回采4#煤、煤層自燃傾向性等級(jí)為Ⅱ級(jí)，屬自燃煤層，14201 工作面為放頂煤工作面，采放比為1：2.25，傾角1～3°，平均厚度為8.62m，該工作面回采期間，采空區(qū)漏風(fēng)通道多，漏風(fēng)方式復(fù)雜、漏風(fēng)規(guī)律難以掌握、煤層自燃威脅較大。

2 近距離煤層開(kāi)采漏風(fēng)影響因素

2.1 地表裂隙

近距離煤層時(shí)受工作面重復(fù)采動(dòng)影響，本煤層漏風(fēng)、層間漏風(fēng)與地表漏風(fēng)相互作用，漏風(fēng)通道復(fù)雜，其中，縱向裂隙是水、氣體進(jìn)入采空區(qū)的主要通道，即“導(dǎo)水、導(dǎo)氣”裂隙帶，此裂隙帶主要在煤層上覆巖層區(qū)域發(fā)育，是近距離煤層開(kāi)采的主要因素，其主要原因?yàn)楣ぷ髅媲醒?、液壓支架后方、順槽采空?cè)附近在保護(hù)煤柱、液壓支架的承壓下，上覆巖層區(qū)域裂隙未出現(xiàn)明顯的受壓，斷裂，裂隙得以充分發(fā)育，而位于采空區(qū)內(nèi)的裂隙，在上覆圍巖重力的作用下，裂隙被擠壓充實(shí)，對(duì)采空區(qū)漏風(fēng)影響較小[1-2]。麻家梁礦上煤層開(kāi)采期間，隨工作面的推進(jìn)，地表裂隙的表現(xiàn)形式主要為以下幾點(diǎn)：

1）地表裂隙受工作面采動(dòng)與埋深的影響，裂隙主要表現(xiàn)為塌陷型。

2） 沿工作面走向位置，地表裂隙的間距在10～15m 之間，其中，位于工作面切眼與停采線位置處的裂隙發(fā)育程度高，賦存相對(duì)密集。

3）地表裂隙的分布狀況呈倒“C”型，裂隙剖面為楔形。

4）地表裂隙多在超前工作面一定的距離區(qū)域內(nèi)發(fā)育，其中，大部分裂隙能夠隨工作面的推進(jìn)形成擠壓，逐漸充實(shí)直至消失，而在邊界位置處多呈現(xiàn)為永久裂隙。

2.2 裂隙發(fā)育程度

近距離煤層開(kāi)采過(guò)程中，由于煤層層間距較近，裂隙在層間高度發(fā)育，大量研究表明，若裂隙發(fā)育程度較高，工作面漏風(fēng)風(fēng)阻會(huì)相對(duì)降低[3]，通風(fēng)阻力與漏風(fēng)風(fēng)量的關(guān)系如公式（1）所示。

式中：hf為通風(fēng)阻力，Pa；α為摩擦阻力系數(shù)，kg/m3；Q為工作面漏風(fēng)量m3/min；L、u、S分別為漏風(fēng)通道的長(zhǎng)度（m）、斷面周長(zhǎng)（m）與橫截面積（m2）。

由通風(fēng)阻力公式能夠看出，在工作面漏風(fēng)側(cè)兩端的壓力差維持平衡的情況下，裂隙的通風(fēng)阻力與漏風(fēng)量呈反相關(guān)的關(guān)系，即裂隙通風(fēng)阻力越小，其工作面漏風(fēng)量越大，隨著深部煤層的開(kāi)采，采空區(qū)漏風(fēng)量呈現(xiàn)出逐漸遞增的趨勢(shì)[4]。

2.3 漏風(fēng)壓差

漏風(fēng)壓差是影響漏風(fēng)量的重要因素，工作面漏風(fēng)側(cè)兩端的風(fēng)路壓差與漏風(fēng)量呈正相關(guān)[5]，礦井采用全正壓通風(fēng)時(shí)，漏風(fēng)方式視自然風(fēng)壓與礦井通風(fēng)壓力大小決定，當(dāng)自然風(fēng)壓小于礦井通風(fēng)壓力時(shí)，漏風(fēng)方式為采空區(qū)向地表裂隙進(jìn)風(fēng)；當(dāng)自然風(fēng)壓大于礦井通風(fēng)壓力時(shí)，漏風(fēng)方式為地表裂隙向采空區(qū)進(jìn)風(fēng)。麻家梁礦采用全負(fù)壓通風(fēng)方式，同自然風(fēng)壓的作用原理相同，其采空區(qū)主要漏風(fēng)方式為地表裂隙進(jìn)風(fēng)，因此，降低工作面漏風(fēng)側(cè)兩端壓差，可有效降低地表向采空區(qū)的漏風(fēng)量。

3 近距離煤層開(kāi)采漏風(fēng)規(guī)律

3.1 工作面測(cè)點(diǎn)布置

為考察14201 工作面漏風(fēng)情況，在工作面布置6 個(gè)測(cè)點(diǎn)對(duì)風(fēng)量進(jìn)行測(cè)定，測(cè)點(diǎn)編號(hào)為1#-6#，測(cè)點(diǎn)間距為50m，其中，1#測(cè)點(diǎn)位于14201 輔運(yùn)順槽超前工作面15m 的位置處，6#測(cè)點(diǎn)位于14201 膠帶順槽超前工作面10m 的位置處，2#-5#測(cè)點(diǎn)分別位于工作面距輔運(yùn)順槽50、100、150m 與200m 位置處，14201 工作面測(cè)點(diǎn)布置示意如圖1 所示。

圖1 14201 工作面測(cè)點(diǎn)布置示意圖

3.2 工作面漏風(fēng)測(cè)定結(jié)果

對(duì)14201 綜放工作面各測(cè)點(diǎn)共進(jìn)行了8 月10日至8 月12 日為期3 天的風(fēng)量測(cè)定，測(cè)定得到的數(shù)據(jù)見(jiàn)表1～表3，14201 工作面各測(cè)點(diǎn)實(shí)際通風(fēng)量與區(qū)域漏風(fēng)量曲線如圖2、圖3 所示。

表1 14201 工作面8 月10 日風(fēng)量測(cè)定數(shù)據(jù)表

表2 14201 工作面8 月11 日風(fēng)量測(cè)定數(shù)據(jù)表

表3 14201 工作面8 月12 日風(fēng)量測(cè)定數(shù)據(jù)表

圖2 14201 工作面各測(cè)點(diǎn)實(shí)際通風(fēng)量曲線圖

圖3 14201 工作面各測(cè)點(diǎn)區(qū)域漏風(fēng)量量曲線圖

由圖2、圖3 分析可得出：14201 綜放工作面在不同區(qū)域的漏風(fēng)量與通風(fēng)量是不同的，區(qū)域通風(fēng)量隨工作面風(fēng)流的流向逐漸降低，通風(fēng)量在距離膠帶順槽50～75m 的區(qū)域范圍內(nèi)降至最低，最小值約為850m3/min，通風(fēng)量在兩順槽的區(qū)域內(nèi)達(dá)到最大，最大值約為1 300m3/min；區(qū)域漏風(fēng)量隨工作面風(fēng)流的流向逐漸增加，漏風(fēng)量在距離膠帶順槽50～75m 的區(qū)域范圍內(nèi)達(dá)到最大，最大值約為400m3/min，漏風(fēng)量在兩順槽位置處達(dá)到最低，漏風(fēng)風(fēng)量接近為0m3/min。根據(jù)工作面漏風(fēng)規(guī)律可以確定，距離膠帶順槽50～75m 的范圍為工作面煤層氧化升溫速度快、自燃危險(xiǎn)性較高的區(qū)域，該區(qū)域?yàn)?4201 綜放工作面的防滅火區(qū)域重點(diǎn)。

4 結(jié) 語(yǔ)

近距離煤層開(kāi)采時(shí)采空區(qū)漏風(fēng)通道多，漏風(fēng)方式復(fù)雜、漏風(fēng)規(guī)律難以掌握、煤層自燃威脅大等諸多問(wèn)題，給工作面防滅火治理帶來(lái)了一定困難，為掌握近距離煤層開(kāi)采工作面漏風(fēng)規(guī)律，文章對(duì)麻家梁礦14201 綜放工作面進(jìn)行漏風(fēng)量測(cè)定，將距離膠帶順槽50～75m 的范圍的工作面確定為防滅火重點(diǎn)區(qū)域，該研究旨在為礦井防滅火管理提供理論解析，有效提高礦井抗火災(zāi)能力。