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(fā)東張清勇

中國高新技術企業(yè) 2017年4期

于發(fā)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(tǒng)，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(qū)。在進行通風時，風流會因為壓差的作用而進入到采空區(qū)，從而導致采空區(qū)漏風，這樣一來便會產生采空區(qū)自然發(fā)火、系統(tǒng)上隅角瓦斯聚集爆炸等安全隱患。隨著煤炭開采技術的發(fā)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(qū)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?yōu)榛仫L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(qū)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(qū)瓦斯的排放。

2.3 優(yōu)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(tǒng)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(yōu)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?jié)舛鹊目刂浦邪l(fā)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?jié)舛缺３衷谝?guī)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(qū)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(qū)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(xù)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(qū)的風量和工作面進風量的比值，%）；x是指工作面的瓦斯?jié)舛龋?）；y是指尾巷的瓦斯?jié)舛龋?）。

3.2 不同風量配比情況下采空區(qū)的漏風狀況

由于采空區(qū)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(qū)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(qū)中的動力彌散方程為：

式中：c是指采空區(qū)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(qū)的風量較大，通過工作面的風量較少，使得系統(tǒng)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(qū)內的能位，因此副進風巷與采空區(qū)之間便形成了一定的壓差，使得系統(tǒng)上隅角的瓦斯會向采空區(qū)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(qū)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(tǒng)上隅角的瓦斯?jié)舛葘豢刂疲划斨鞲边M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(qū)的風量大大增加，再加上副進風巷此時的能位較采空區(qū)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?jié)舛葎t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(yè)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(qū)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(tǒng)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(fā)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。

參考文獻

[1] 殷文韜，傅貴，曾廣霞，高巖，王社新.我國近年煤與瓦斯突出事故統(tǒng)計分析及防治策略[J].礦業(yè)安全與環(huán)保，2012，（6）.

[2] 馮小平.采空區(qū)高溫點位置確定的計算機模擬分析

[J].淮南礦業(yè)學院學報，1995，（1）.

[3] 劉英學，夏蓓婭，鄔培菊，韓國杰.采空區(qū)漏風機理與防治對策研究[J].焦作工學院學報，1998，（4）.

[4] 徐全，楊勝強，王成，褚廷湘，馬偉，黃金.立體抽采下采場瓦斯流動規(guī)律及模擬[J].采礦與安全工程學報，2010，（1）.

[5] 張鳳婕，吳宇，茅獻彪，張麗萍，姚邦華.煤層氣注熱開采的熱-流-固耦合作用分析[J].采礦與安全工程學報，2012，（4）.

[6] 張興華.測算綜采面采空區(qū)瓦斯涌出量的幾種方法

[J].煤礦安全，2004，（10）.

[7] 張麗麗，李誠玉，李昕.采空區(qū)瓦斯涌出量的幾種計算方法[J].煤炭技術，2007，（8）.

[8] 黃金，楊勝強，褚廷湘，徐全，黃軍碗.采空區(qū)自燃三帶漏風流場的數值模擬[J].煤炭科學技術，2009，（6）.

[9] 薛效珉.煤礦安全通風管理及通風事故的防范措施