綜放工作面沿空留巷時的漏風規(guī)律與通風系統(tǒng)優(yōu)化

荊紅俊

（山西鋪龍灣煤業(yè)有限公司山西左云縣037100）

1 引言

山西鋪龍灣煤業(yè)有限公司是山西煤炭進出口集團有限公司的全資子公司。礦井設(shè)計生產(chǎn)能力為120萬t，位于大同市西南部，左云縣東南25 km處的施家窯村一帶，井田內(nèi)含煤地層為石炭系太原組和山西組，批準可采煤層為1#、4#、5#、8#，可采儲量為5 600萬t，現(xiàn)開采5#煤層。

鋪龍灣礦井5108綜放工作面采用沿空留巷布置，可采長度為1 266 m，傾向長度為149.5 m，5#煤層賦存穩(wěn)定，煤厚為7.1 m～8.35 m；工作面開采煤層有自燃傾向性，等級為Ⅱ級，煤塵具有爆炸危險性，工作面通風方式為U型通風。根據(jù)本工作面兩順槽掘進資料，回采期間，工作面會遇到落差0.6 m～4.5 m的24個斷層構(gòu)造，對工作面正常開采影響比較大。工作面推進560 m時，遇到落差為4.2 m的F1逆斷層，采煤機割煤速度變慢，增加了采空區(qū)落煤的自燃發(fā)火的幾率。為避免具有自燃傾向性的綜放工作面回采期間因漏風嚴重造成采空區(qū)落煤自燃，需對工作面漏風情況進行分析，并提出相應(yīng)的改進措施。

2 工作面漏風規(guī)律分析

5108綜放工作面推進560 m遇到斷層后，在其采區(qū)沿空留巷布置測點對風量進行監(jiān)測。5108工作面沿空留巷測風點編號為An（n=1，2，3…），5109運輸順槽及沿空留巷的布置點編號為Bn（n=1，2，3…）,各測風點之間的間距為100 m，圖1為工作面測風點布置示意圖。5108綜放工作面共設(shè)置8個測風點，已回采完成的5109工作面設(shè)置3個測風點，對工作面及順槽、沿空留巷的風速、風量、干溫度、濕溫度及二氧化碳量進行測定，對測定的數(shù)據(jù)進行匯總，得出工作面測點的漏風率，見表1。

圖1 工作面測風點布置圖

表1 工作面測點漏風匯總表

由表1可看出，5108綜放工作面沿空留巷通過的過程中，工作面向采空區(qū)的漏風率在0.9%到8.4%之間，而5109工作面的漏風率達到8.0%，比較嚴重；靠近工作面作業(yè)區(qū)域處的漏風量尤其嚴重。

3 Y型通風設(shè)計

為從根本上解決工作面漏風嚴重的問題，根據(jù)5108綜放工作面的地質(zhì)條件以及Y型通風的要求，對5108綜放工作面的通風系統(tǒng)進行改造，通過構(gòu)筑人工墻體，利用原有沿空留巷，將原有的U型通風形式變成“兩進一回”的Y型通風形式，通風形式布置圖如圖2所示，工作面進風量Q1、Q2分別為1 100 m3/min和600 m3/min，回風量為1 850 m3/min。采用Y型通風系統(tǒng)后，工作面瓦斯?jié)舛容^低，隨著工作面的推進，瓦斯也不容易涌入工作面，造成工作面瓦斯積聚現(xiàn)象。

圖2 Y型通風系統(tǒng)布置圖

3.1 Y型通風合理性評估

為了評估Y型通風系統(tǒng)的合理性，以5108工作面的工況為背景，采用FLUENT數(shù)值模擬軟件建立數(shù)值模擬模型，對采區(qū)內(nèi)的通風阻力、瓦斯分布情況等進行研究，模型設(shè)置沿空留巷為多孔階躍邊界，空氣成分與大氣成分一致，主要為氧氣和氮氣，因瓦斯含量較低，故忽略其在空氣中所占的比重，為方便研究氧氣的擴散狀態(tài)，將空氣中初始氣體含量全部看做氮氣，沿空留巷的滲透率的大小為1×10-14m2，巷道的風量設(shè)置為600 m3/min巷道。圖3為數(shù)值模擬幾何模型，巷1、巷2為進風巷，巷3為回風巷，工作面走向長度為1 266 m，傾向長度設(shè)置為149.5 m，采高為14 m，進風巷道的尺寸為5 m×3 m（寬×高）。

圖3 Y型通風系統(tǒng)模型

3.2 數(shù)值模擬結(jié)果分析

Y型通風系統(tǒng)下，模擬采區(qū)風速變化情況與空氣中氧氣的擴散狀態(tài)模擬結(jié)果見圖4。

由圖4可明顯看出：采用Y型通風時，風道交匯處風速變化等值線不到0.1 m/s，屬于比較低的范疇，所模擬的風速為0.04 m/s～0.002 m/s，可見漏風量比較小；氧氣含量云圖的區(qū)域為0.15～0.105，說明所研究區(qū)域內(nèi)氧含量較低，也可說明漏風量小，通風效果好。

圖4 采區(qū)風速變化等值線分布與采區(qū)氧氣濃度擴散云圖

3.3 巷道通風阻力測定

通過對采區(qū)通風系統(tǒng)進行改進，沿空留巷進行加固，現(xiàn)有通風方式變?yōu)閅型通風，通風線路與原有線路也有所區(qū)別，為了掌握Y型通風系統(tǒng)通風阻力、風速等的變化規(guī)律，采用JYF-1型氣壓監(jiān)測計對各測點的氣壓進行實時監(jiān)測，用KG3088風速傳感器對各測點的風速進行測定，監(jiān)測點的設(shè)定根據(jù)現(xiàn)有通風線路及地質(zhì)條件并參考原有通風系統(tǒng)漏風量測定時測點的布置進行確定，現(xiàn)場實測值匯總見表1。將現(xiàn)場測定的數(shù)值帶入經(jīng)驗公式，即可得出巷道通風阻力與風壓的大小，與現(xiàn)場測定值的誤差在5%以內(nèi)，精度符合要求。

表2 采區(qū)通風阻力匯總

由表2可知：Y型通風系統(tǒng)回風線路減小幅度比較大，通風阻力分配合理，巷道維護難度較小。對工作面瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測后，得到瓦斯?jié)舛茸兓€，見圖5。

圖5 工作面瓦斯?jié)舛茸兓€

由圖5可知：隨著工作面的推進，回風巷的瓦斯?jié)舛戎饾u增大，可見，采用Y型通風時工作面不容易發(fā)生漏風現(xiàn)象，通風效果較好。

4 結(jié)論

綜放工作面采用U型通風方式時，工作面易發(fā)生漏風現(xiàn)象，特別是易燃工作面推進遇到特殊地質(zhì)構(gòu)造工作面推進比較緩慢時，采空區(qū)落煤發(fā)生自燃的概率會大大增加。將U型通風系統(tǒng)進行改進，變?yōu)閮蛇M一回的Y型通風方式時，通風阻力的分布更加合理，采空區(qū)大面積漏風的概率會大大降低，巷道維護難度也會降低。對于自燃發(fā)火概率較大時，優(yōu)化通風方式的同時，可采取在采煤工作時減小遺煤量、采煤結(jié)束后噴灑阻化劑，必要時采取注氮措施進行工作面防滅火。