官地礦12605綜采工作面上隅角瓦斯積聚防治技術研究

王國棟

摘 要：官地礦為解決12605綜采工作面開采過程中反復出現的上隅角瓦斯積聚現象，采用現場工程調研方法并利用FLUENT數值模擬軟件對不同通風形式下的瓦斯濃度進行分析，研究發現采用Y型通風取得良好治理效果。同時為了解決瓦斯活躍區的瓦斯濃度大的問題，本文采取在活躍區進行埋管抽采的方式對其進行治理，發現當埋管深度為15m時上隅角與回風巷的瓦斯含量最低，為綜采工作面上隅角瓦斯治理提供了理論依據和工藝方法。

關鍵詞：U型通風;FLUENT數值模擬;上隅角;瓦斯積聚

隨著煤礦開采深度的增加開采規模的不斷增大，開采的煤層主要以賦存較為復雜的煤層為主。賦存復雜的煤層在采掘過程中開采時反復出現瓦斯聚集現象間接引發爆炸等安全事故，困擾煤礦的安全生產。在實際采掘過程中，對于瓦斯積聚的防治技術較多，但防治的效果差強人意。朱獻偉[1]采用數值模擬對L型通風的綜采工作面采空區瓦斯抽采效果進行驗證，發現L型鉆孔抽采技術可有效解決上隅角瓦斯積聚的問題，達到了穩定采空區的作用。張志晶[2]對綜采工作面開采過程中上隅角瓦斯異常涌出現象，提出在工作面采用U型通風與高位鉆孔的方法對瓦斯進行治理，有效解決了上隅角瓦斯超限問題，保證了礦山的安全生產。本文以官地礦12605為研究對象，對12605綜采工作面瓦斯進行治理，利用數值模擬軟件對不同通風條件下的瓦斯分布進行研究，為治理官地礦瓦斯超限作出了貢獻。

1 礦井通風方式及瓦斯積聚規律研究

官地礦位于西山煤田。井田內主要含煤地層為石炭系上統太原組和二疊系下統山西組，共含煤14層，礦井年核定生產能力500萬t。12605工作面位于該礦南六采區2#煤層。工作面東北側為12603工作面，與該工作面相距23m，西南側為未采區。煤層平均厚度2.4m，埋深215～416m，煤層傾角5°，平均采高2.4m。正巷設計長度為931m，留巷長度730m。由于在礦山的實際生產過程中瓦斯涌出量較大，威脅著礦山設備及礦山人員的安全，所以對上隅角瓦斯進行治理是十分有必要的。

目前我國主要針對煤礦瓦斯治理的方法為增大礦井的通風量、在井下設置擋風墻，對礦井進行設置上隅角風簾等。但上述的治理方案雖然在一定程度上可以治理礦井瓦斯濃度超限的問題，但同樣會大礦井的漏風現象，從而引發礦山發生井下火災。所以在一半治理礦山瓦斯問題時，常常選用加大工作面的通風量，改變或者優化原有的通風系統。現階段常見的通風形式包括Y型通風、U型通風和聯合通風系統。

U型通風是一種常見的一進一回通風系統，此通風系統不僅施工較為簡單快捷，同時此通風系統化維修簡單，維修成本較低等。但由于采空區的空隙較大，造成部分風流會攜帶礦井瓦斯進行運動，在回風大巷的上隅角處形成瓦斯的渦流聚集區，導致瓦斯在此部位濃度加大，危害礦井安全。U型通風結構示意圖如圖1（a）所示。

Y型通風相比于U型通風是一種升級的通風系統，通風采用兩進一回的通風模式。在采空區的瓦斯隨著通入風流進行排出，與此同時，在工作面的上下側由于處于進入風流位置，有效的解決了工作面上隅角形成瓦斯的超限問題，較好的改善了礦井回采工作面瓦斯超限的問題，有利于維持礦井的安全生產。但Y型通風同樣具有一定的弊端，Y型通風系統施工較為復雜且維護成本較大，所以從經濟學角角度可以看出，Y型通風也存在使用的局限性。Y型通風結構示意圖如圖1（b）所示。

U+L型通風系統同樣為U型通風的升級，利用進風巷、尾巷、聯絡巷及回風巷組成一井兩回式通風系統，其具有人工控制通風量，控制風巷的進風量比值等優點，可以在一定程度上解決礦井工作面上隅角瓦斯超限的問題，但此通風方式會加大施工量及后期的維護成本，所以也存在一定的缺點。U+Y型通風結構示意圖如圖1（c）所示。

為驗證不同的通風系統下瓦斯分布規律，采用FLUENT模擬軟件以官地礦12605工作面為研究背景。對三種通風系統下的瓦斯濃度分布進行研究，研究發現當采用U型通風時，此時在距離工作面10m的位置上隅角的瓦斯濃度達到1%，但此時Y型通風的上隅角瓦斯濃度僅為0.1%。隨著工作面的進一步推進，U型通風的瓦斯量快速升高，當工作面推進至150m時，此時工作面上隅角的瓦斯濃度已經上升至65%。在工作面推進至150m時，此時u+L型通風的瓦斯濃度較U型通風有所降低，但瓦斯濃度仍然高于15%，所以也不否和安全的要求。繼續觀察Y型通風，可以發現隨著工作面的持續推進，瓦斯濃度始終保持一定的穩定，且瓦斯濃度最高不超過0.1%，可以看出U+L型通風治理瓦斯濃度的效果處于U型通風系統與Y型通風之間，兩進一回的通風形式可以較好的治理上隅角瓦斯超限問題。

2 瓦斯治理效果分析

在開采過程中，由于瓦斯超限頻繁，嚴重影響著工作面的安全生產。官地礦針對瓦斯的分布規律進行深入研究，對采用U型通風對采空區的瓦斯流動情況進行分析，給出設定瓦斯涌出量為12～16m3/min，風量設定為1500m3/min，并對采空區進行簡化處理，進風回風巷尺寸均設置為10m*4m，工作面設定為156m*6m，對模型進行建立及網格劃分，根據礦山的實際地質資料對模型的參數進行設定，劃分完成后對模型進行計算。

通過模擬可知，隨著工作面的推進，上隅角向采空區的深部瓦斯濃度呈現出增大的趨勢，距離工作面越遠瓦斯的濃度含量越大。距離工作面10m～20m的范圍內，瓦斯濃度的變化趨勢變化最為明顯。所以利用FLUENT模擬軟件對不同埋管深度下工作面瓦斯濃度進行模擬。埋管深度選擇為5m、15m、25m。模擬結果如圖2所示。

從模擬可以看出，上隅角進行埋管對瓦斯的治理效果較為明顯，可以有效的降低工作面上隅角瓦斯超限的問題。而當埋管深度為5m時上隅角的瓦斯體積分數為0.6%～0.9%，回風巷的體積分數為0.5%～0.75%。當埋管深度為25m時上隅角的瓦斯體積分數為0.7%～0.95%，回風巷的體積分數為0.5%～0.70%。當埋管的深度為15m時，此時對工作面的瓦斯抽采效果最為理想，上隅角的瓦斯體積分數最低為0.5%～0.8%，回風巷的體積分數為0.4%～0.60%有效的降低了工作面上隅角的瓦斯濃度超限問題，所以埋管深度為15m時的抽采效果最佳。

3 結論

①官地礦采用FLUENT數值模擬軟件對不同通風方式下的瓦斯分布規律進行進一步研究發現，采用U型通風和U+L型通風時，瓦斯的濃度隨著工作面的推進持續增大，而Y型通風的瓦斯濃度不隨工作面的推進而發生改變;②根據對采空區及工作面瓦斯較為活躍的位置進行埋管抽采瓦斯可以有效的降低工作面及采空區的瓦斯濃度，維護巷道安全。通過模擬對不同埋管深度下工作面瓦斯濃度進行分析后發現，當埋管深度為15m時上隅角與回風巷的瓦斯含量減少，有效防治了上隅角瓦斯超限問題。

參考文獻：

[1]朱獻偉，蔡宏亮，張曉雷.綜采工作面上隅角瓦斯積聚防治技術研究[J].煤炭技術，2014（11）：21-23.

[2]張志晶.綜采工作面上隅角瓦斯治理技術研究[J].能源與節能，2014（4）：176-177.