關于U+L兩進一回通風方式風量配比研究

2017-05-06 06:11:01于發東張清勇

中國高新技術企業 2017年4期

于發東　張清勇

摘要：煤炭開采量不斷增加，瓦斯涌出量也不斷增加，由于瓦斯積聚帶來的安全問題越來越嚴重，因此探索新的通風方式刻不容緩。我國出現最早的是U型通風系統，但是U型通風方式已不能滿足煤炭開采的安全需求。U+L兩進一回通風方式是在U型通風方式的基礎上而改良的一種方式。文章對U+L型通風方式的風量配比進行了研究。

關鍵詞：U+L；兩進一回；通風方式；風量配比；瓦斯涌出量；煤炭開采文獻標識碼：A

中圖分類號：TD724 文章編號：1009-2374（2017）04-0152-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.04.077

1 概述

在開采煤炭的過程中，隨著開采深度的增加，開采工作面的支架會不斷前移，當前移到一定程度時，支架后方的頂板則會由于地壓的作用而自然垮落，垮落的巖石碎塊及煤塊堆積便會形成采空區。在進行通風時，風流會因為壓差的作用而進入到采空區，從而導致采空區漏風，這樣一來便會產生采空區自然發火、系統上隅角瓦斯聚集爆炸等安全隱患。隨著煤炭開采技術的發展，人們對開采工作安全性的關注度越來越高。U+L兩進一回的通風方式很好地改善了U型通風方式瓦斯積聚的問題，是當前應用最為廣泛的通風方式。風量配比直接決定著通風方式的性能，不同比值的進風量對采空區流場及瓦斯的運移都有著不同程度的影響，下面我們主要根據U+L兩進一回通風方式的特點對其最佳風量配比進行研究。

2 關于U+L兩進一回通風方式

2.1 概念

U+L型兩進一回通風方式是一種在煤炭采集工作面的上下共設置“兩進一回”三條風巷，將其中一側設為主進風口，另一側的兩條巷道分別設為副進風口及專用排瓦斯尾巷，從而通過這三條風巷實現礦井下的通風管理的通風方式。U+L兩進一回通風方式適用于瓦斯涌出量較大的開采工作面。

2.2 原理

U+L兩進一回通風方式的工作原理為：當主、副進風巷同時進風時，副進風巷靠近工作面的那一端的部分會變為回風巷，尾巷與回風巷之間每隔一定距離（一般為60～100m）施工聯絡巷，并予以封閉。隨著工作面的前移，滯后于工作面的聯絡巷會依次打開，流經工作面的污風及少量采空區的漏風則會通過回風巷與聯絡巷進入到瓦斯尾巷，從而完成采空區瓦斯的排放。

2.3 優點

U+L兩進一回通風方式不僅增加了開采工作面的風排瓦斯量，并且有效地改善了U型通風系統上隅角瓦斯積聚的問題。這種通風方式憑借著風量少但排放瓦斯量大、安全性高的優點，在高瓦斯礦井工作中得到了較為廣泛的應用。

3 U+L兩進一回通風方式風量配比的研究

風量配比主要是指主副進風的風量比，風量配比在尾巷中瓦斯濃度的控制中發揮著重要的作用。合理的風量配比不僅能保證工作面有充足的通風量，同時也能使回風巷及尾巷的瓦斯濃度保持在規定的范圍之內。

3.1 U+L兩進一回通風方式風量的計算

一般來說，瓦斯涌出量分為從開采工作面涌出的瓦斯量和從采空區涌出的瓦斯量，所以U+L兩進一回通風方式的風量計算為：

那么U+L兩進一回通風方式的總進風量為：

式中：a是指開采工作面瓦斯涌出量的百分比（%）；b是指采空區瓦斯涌出量的百分比（%）；q是指U+L兩進一回通風方式的絕對瓦斯涌出量（m3/min）；k1是指開采工作面瓦斯涌出的不均衡系數（為正常生產條件下連續一個月內，日最大絕對瓦斯涌出量與月平均瓦斯絕對涌出量的比值，一般取值為1.2～2.1）；k2是指開采工作面的漏風率（即為從工作面漏向采空區的風量和工作面進風量的比值，%）；x是指工作面的瓦斯濃度（%）；y是指尾巷的瓦斯濃度（%）。

3.2 不同風量配比情況下采空區的漏風狀況

由于采空區內垮落的碎石巖塊及煤塊會受到各種因素的影響，在空間中的分布并不是均勻的，從而松散煤塊中的流場比較復雜。當把采空區內的風流看作是不可壓縮流體在三維空間的非線性滲流時，其定律公式為：

式中：E是指滲透率（m2）；是指壓力坡度；v是指運動粘性系數（m2/s）；Dm是指平均調和粒徑；V是指采動裂隙橢拋帶的風速（m/s）；n是指采動裂隙橢拋帶的孔隙率；是指滲流速度（m/s）；g是指重力加速度；β是指多孔介質粒子形狀系數。

根據質量守恒定律及流體動力彌散定律可得，瓦斯在采空區中的動力彌散方程為：

式中：c是指采空區內的瓦斯質量濃度（g/cm3）；Dy是指動力彌散系數的分量（m2/s）；ui是指平均流速向量的分量（m/s）。

由式（1）至式（6）可知，當工作面的總進風量Q3值一定時，當主進風和副進風的風量配比為2∶1時，副進風巷不僅風量較大，而且能位也比較高，而主進風巷的壓差較低，從而導致工作面漏向采空區的風量較大，通過工作面的風量較少，使得系統上隅角內的瓦斯無法擴散；當主進風和副進風的風量配比為3∶1時，副進風巷端頭的能位高于采空區內的能位，因此副進風巷與采空區之間便形成了一定的壓差，使得系統上隅角的瓦斯會向采空區內移動。另外，由于此時主副進風巷之間的能位差較大，因此工作面漏向采空區的風量較少或無，通過工作面的風量則較大，副進風巷端頭的瓦斯也可以被擴散。在此種風量配比下，系統上隅角的瓦斯濃度將會被控制；當主副進風巷的風量配比為4∶1時，主副進風巷之間雖然會形成相應的壓差，但是這種壓差會使得工作面漏向采空區的風量大大增加，再加上副進風巷此時的能位較采空區內低，上隅角積聚的瓦斯則會向副進風巷涌出，那么副進風巷端頭的瓦斯濃度則會偏大，瓦斯積聚的問題仍然得不到解決。綜上所述，我們可以得出結論，當U+L兩進一回通風方式的風量配比為3∶1時，可有效地改善瓦斯積聚的問題，從而提高礦井作業的安

全性。

4 結語

隨著礦井產量的增加，開采工作面的瓦斯涌出量也隨之不斷增加，采空區漏風及空間通風不僅會影響礦井的生產及建設，也會造成嚴重的安全隱患。據統計，礦井瓦斯爆炸及瓦斯突出是煤礦開采過程中最嚴重的災害事故，不僅會嚴重破壞礦井設施，還會造成嚴重的人員傷亡，因此加強對瓦斯危險性的控制及消除是很有必要的。本文通過具體的分析，發現當主副進風量的風量配比為3∶1時，U+L兩進一回的通風效果最好，安全性最高。因此，在具體的煤炭開采過程中，相應負責人員應先通過精確的模擬實驗進行最佳風量配比的探究，這樣才能控制瓦斯的大量積聚，提高施工的安全性。

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