“Y”型通風工作面防止遺煤自燃及瓦斯治理技術

楊劍銳

(汾西礦業集團通風處，山西 介休 032000)

“Y”型通風工作面防止遺煤自燃及瓦斯治理技術

楊劍銳

(汾西礦業集團通風處，山西 介休 032000)

開采易自燃煤層與高瓦斯并存的礦井，在瓦斯治理過程中需要把握好兩者關系，避免由于瓦斯抽采導致的采空區漏風，由此引起遺煤自燃，是開采高瓦斯易自燃煤層必須高度關注的。因此，如何在抽采卸壓瓦斯的同時兼顧采空區遺煤自燃，就成為高瓦斯易自燃礦井實現安全生產的首要問題。

高瓦斯；易自燃煤層；Y型通風；物理模型；模擬計算

1 工作面概述

1206工作面開采山西組2號煤層，可采走向長度625 m，傾斜長174 m；煤層厚度0.6 m～2.25 m，平均厚度1.5 m；煤層傾角為2°～8°，平均傾角5°。2號煤層最大相對瓦斯涌出量19.64 m3/t，最大絕對涌出量37.19 m3/min，屬于高瓦斯礦井。2號煤層無煤塵爆炸危險性，煤層具有自燃傾向性[1-2]。

2 工作面通風和抽采系統

2.1 通風系統

1206工作面通風系統為“Y”型通風。其中，材、運兩巷進風，運輸巷留巷回風。其工作面配風情況為：1206材料巷(主進風巷)配風量為1 200.24 m3/min，1206運巷(輔助進風巷)配風量為362.76 m3/min，1206專用回風巷回風量為1 482.64 m3/min。

2.2 抽采系統

根據瓦斯不同來源，1206工作面采用以下方法進行抽采：留巷墻體埋管抽采采空區、上隅角瓦斯；鉆場內高位裂隙瓦斯鉆孔抽采工作面采空區裂隙帶瓦斯；利用鉆場順層鉆孔抽采本煤層瓦斯。

3 工作面瓦斯治理方法

1206工作面所采的2號煤層最大相對瓦斯涌出量19.64 m3/t，最大絕對涌出量37.19 m3/min，屬于高瓦煤層。因此，為了安全生產，1206工作面瓦斯治理措施采用了采空區埋管、本煤層、高位裂隙鉆孔等抽采方式[3-4]。

3.1 本煤層抽采

根據已回采過的工作面得出的結論，在開采過程中本煤層瓦斯涌出量較大，所以掘進期間施工順層鉆孔，并提前投入預抽。為提高抽采效果，1206工作面材、運巷進行本煤層鉆孔抽采，各鉆孔間距為6 m，孔深均為90 m，并保證預抽時間不少于6個月。

3.2 高位裂隙帶鉆孔

1206工作面鉆孔在距右幫1.3 m處的頂板上依次布置，鉆孔間距為6 m，1206工作面采高1.7 m。根據已采工作面高位裂隙鉆孔抽采實際效果分析，裂隙帶取采高的12倍，傾角17.8°，孔深67 m。

3.3 采空區埋管抽采

為防止1206工作面留巷內由于充填墻接頂不嚴導致采空區的瓦斯異常涌出及回風流瓦斯超限問題，特在留巷施工過程中，在充填物體內提前插入一邊帶盤的Ф200 mm鋼管短節，兩邊外露長度150 mm～200 mm，長度每隔4 m留1個，Ф200 mm鋼管短節盡量貼在充填體的上部。靠留巷外每隔4 m安設一個4寸軟管，通過閥門和三通連接到留巷的的瓦斯抽采支管路上，具體見圖1。當工作面采空區瓦斯涌出異常時，通過控制采空區埋管開啟數量和程度，調節采空區瓦斯抽采量和抽采濃度。

圖1 留巷充填墻體埋管示意圖

4 工作面存在隱患

由于1206工作面采用“Y”型通風，柔膜充填支護，留巷存在與頂板接頂不嚴密，有漏風現象，給采空區遺煤自燃提供了氧氣來源；同時，礦井為了工作面采空區切眼處瓦斯濃度不超限，對采空區進行沿空留巷埋管抽采與高位裂隙鉆孔抽采，導致采空區深部瓦斯濃度較低，采空區內氧氣體積分數不低于15%。尤其是使采空區產生大量漏風，導致1206采空區遺煤長期處于氧化狀態[5]。

5 理論分析研究

為了保證工作面順利回采，保證瓦斯和CO不超限，本文通過gambit對物理模型進行網格化，利用前處理軟件gambit進行建模，然后導入FLUENT軟件進行模擬計算，得出1206工作面采空區漏風強度，為1206工作面防止煤炭自燃與瓦斯治理提供科學依據。

5.1 軟件模擬分析

為了能與現場相結合，本文以1206工作面為例建立物理模型。用gambit對物理模型進行網格化，網格大小為0.05 m2×0.05 m2。

選取靠近工作面長280 m、寬180 m一段距離的采空區，建立2D物理模型，采空區沿走向長為X軸，沿傾向長為Y軸。根據FLUENT對邊界條件的設置要求，可以設進風側為壓力入口，回風側為壓力出口。兩端壓差等于工作面的通風阻力，根據實測為100 Pa。兩端的壓力分布可近似為線性變化。采空區的其他3個邊界條件可設為固壁，認為沒有熱量的交換。利用前處理軟件gambit進行建模，然后導入FLUENT軟件進行模擬。

把邊界條件設置完畢之后，導入用戶自定義函數，選擇分離式隱式穩態法，standard modelC1·epsilon和C2-epsilon都設置成為默認值，迭代步驟設置為100步。

5.2 模擬結果

當1206工作面總進風量Q=1 200 m3/min、材巷Q1=640 m3/min、運巷Q2=560 m3/min、采空區瓦斯涌出量為15.95 m3/min、漏風95 m3/min、工作面壓力差為93.7 Pa時，1206工作面調整與未調整2種情況下物理模型分別為圖2與圖3，瓦斯分布流場模擬結果如圖4所示，實測變化趨勢見圖5。

圖2 “Y”型通風工作面采空區漏風流線

圖3 偏“Y”型通風工作面采空區漏風流線

圖4 1206采空區氧氣濃度模擬圖

圖5 1206采空區氧氣體積分數實測變化趨勢圖

5.3 Fluent模擬結果分析

1206工作面由二進一回的“Y”型通風系統改為一進二回的通風系統后(見第116頁圖6)，對比模擬得出如下結論：

1) 工作面采空區總漏風量從95 m3/min降為46 m3/min。

2) 采空區氧氣體積分數小于10%區域前向工作面方向前移20 m～35 m，以防治采空區遺煤自燃。

3) 采空區瓦斯濃度分布規律也發生了變化，采空區總的瓦斯涌出量從15.95 m3/min下降至11.8 m3/min，但工作面上隅角瓦斯涌出量有所增大。通過工作面高位裂隙鉆孔與上隅隔膜插管抽采能夠解決上隅角瓦斯問題。

圖6 1206工作面一進二回“Y”型通風示意圖

6 結論

1) 分析1206工作面“Y”型通風對采空區遺煤自燃與采空區瓦斯涌出影響，建立了采空區束管監測系統，根據采空區CO氣體分布情況，判定1206工作面采空區遺煤已處于快速氧化狀態，給出調整通風系統、采空區注氮、改變高位裂隙孔抽采采空區瓦斯的范圍、從工作面下隅角與沿空留巷向采空區注高含水材料等綜合防滅火措施，使采空區CO氣體迅速下降，有效抑制了采空區遺煤自燃。

2) 通過模擬軟件模擬出1206工作由二進一回的“Y”型通風系統改為一進二回的通風系統后，工作面采空區總漏風量從95 m3/min降為46 m3/min。采空區氧氣體積分數小于10%區域前向工作面方向前移20 m～35 m，以防治采空區遺煤自燃。采空區總的瓦斯涌出量從15.95 m3/min下降至11.8 m3/min，但工作面上隅角瓦斯涌出量有所增大。

3) 采用高負壓抽采本煤層瓦斯，利用高位鉆孔抽采靠近工作面附近40 m采空區范圍內上部裂隙帶區域高濃度瓦斯，加大工作面上隅角埋管抽采瓦斯量，在工作面上隅角20 m范圍內沿空隔膜墻上插管抽采密度，由原來6 m間距改為3 m間距。合理調整1206工作面生產期間配風量，控制沿空留巷內風量不超過560 m3/min，保證工作生產期間沿粉留巷瓦斯體積分數不超過0.6%。通過以上瓦斯治理措施，1206工作面在恢復生產到工作面回收期間，生產過程中沿空留巷瓦斯體積分數不超過0.5%與材料回風巷內瓦斯體積分數不超過0.4%。

[1] 牛光勇.近距離煤層上層采空區自燃火災綜合治理技術應用研究[D].太原:太原理工大學,2013.

[2] 陳娟，王俊峰，鄔劍明.注惰泡技術在啟封高瓦斯礦井自燃火區的應用[J].中國煤炭,2009,35(4):102-103.

[3] 姜鳳林.高瓦斯易自燃采煤工作面封閉注氮防火與啟封技術實踐[J].煤礦安全，2007,21(10):30-32.

[4] 慕洪才.高瓦斯易燃厚煤層綜放面火災的安全封閉與啟封[J].煤炭科學技術,2005,33(2):33-38.

[5] 朱令起.礦井火災預測預警及密閉啟封安全性研究[D].徐州:中國礦業大學,2010.

PreventionofresidualcoalspontaneouscombustionandgascontroltechnologyinY-typeventilationworkingface

YANGJianrui

(VentilationDepartmentofFenxiMiningIndustryGroupCo.,Ltd.,JiexiuShanxi032000,China)

It is necessary to grasp the good relationship between spontaneous combustion of coal seam mining and high gas mine in the process of gas control, avoiding goaf air leakage and residual coal spontaneous combustiondue to gas extraction, which ishighly considered in the exploitation of coal seam with high gas and spontaneous combustion. Therefore, how to take out pressure relief gasand prevent coal spontaneous combustionof goaf has became the chief problem of how to realize safe productionfor high gas easy spontaneous combustion mines.

high gas; coal seam of easy spontaneous combustion; Y-type ventilation; physical model; simulation calculation

2017-02-02

楊劍銳，男，1982年出生，2007年畢業于中國礦業大學，在職研究生，通風工程師，現在汾西礦業集團公司通風處工作。

10.16525/j.cnki.cn14-1109/tq.2017.03.39

TD712

A

1004-7050(2017)03-0114-03

煤礦工程