綜放工作面沿空留巷時漏風規律與通風系統優化

蘇利兵

(鄂爾多斯市中北煤化工有限公司，內蒙古 鄂爾多斯 017000)

1 工程概況

某煤礦采用斜井開拓方式，通風方式為抽出式，核定生產能力220萬t/a，主采煤層為3#煤，平均煤厚5.7 m，屬Ⅱ類自燃煤層，煤塵具有爆炸危險性，煤塵爆炸性指數15.8%。該礦井3303綜采工作面采用沿空留巷布置，采用U型通風方式，順槽設計長度為1 540 m，切巷設計長度160 m，采用綜采放頂煤采煤方法，頂板管理為自然垮落法，該工作面平均煤厚6.2 m，煤層賦存較穩定，施工坡度為-12°～12°，根據工作面上、下順槽掘進實際揭露及鉆孔資料分析，工作面推進至410～520 m回采區域局部存在薄煤帶，工作面推進速度較慢，由于煤層具有自燃傾向性，受工作面漏風影響，進一步增加了采空區落煤自燃發火可能性。針對該問題，須在工作面上、下順槽布置測風站，對工作面漏風情況進行實測、分析，掌握工作面漏風量，總結漏風規律并提出針對性措施，杜絕出現采空區落煤自燃現象。

2 工作面漏風量測定及分析

工作面推進至410 m局部遇薄煤帶后，開始在工作面兩巷布置測風點，對工作面進風巷及回風巷風量進行測定。測風點處懸掛標志牌，測風點間距均為100 m。結合現場實際條件，3303工作面進風巷共布置8個測風點，標號由A1～A8。另外，3305工作面回風巷共布置3組測點，標號由B1～B3，分布于3305工作面回風巷切巷口里外，測風點布置示意圖如圖1所示。

圖1 測風點布置示意圖

測風人員在現場測風時，嚴格按規范進行操作，主要對巷道內風量、風速等進行測定并準確記錄，待測定完成后，通過計算，得出各個測風點的漏風量及漏風率(見表1)。

表1 工作面測風點漏風統計表

通過對數據進行分析，得出3303工作面向采空區最小漏風量為10 m3/min，最大漏風量99 m3/min，對應漏風率分別為0.8%、8.3%，3305工作面回風巷在切巷口里外漏風率相差較大，即越靠近切巷漏風越嚴重，達到8.1%。

3 Y型通風設計

通過以上分析，針對工作面漏風及因漏風可能造成采空區落煤自燃的問題，結合現場條件，優化3303工作面通風系統，即改U型通風為Y型通風，即由原3303工作面進風巷進風，3303工作面運輸順槽回風改為3303工作面進風巷、運輸順槽進風，3303運輸順槽留巷段回風，工作面進風量Q1為1 050 m3/min，Q2為650 m3/min，回風巷回風量Q3為1 750 m3/min，另隨著工作面漏風量降低，減少了工作面瓦斯管理的壓力。

3.1 Y型通風方式合理性評價

根據3303工作面實際條件，通過FLUENT仿真軟件建立巷道模型，通過運算得出分析結果，對風速等值線、O2含量及通風阻力等3個主要方面進行分析，評估Y型通風的合理性、穩定性。巷道邊界條件設置為多孔階躍邊界，設定空氣主要成分為N2及O2，且設定空氣初始狀態為N2，便于對O2含量進行研究。另設定巷道內進風量為650 m3/min ，同時對巷道內尤其是交叉點處風速生成等值線圖。結合3303工作面設計，設定順槽長1 540 m，切巷長160 m，巷道斷面規格：凈寬×凈高=5 m×3 m。

如圖2所示，根據Y型通風系統設計，設定巷1及巷2為進風巷，巷3為回風巷。

圖2 Y型通風系統模型圖

3.2 數值模擬結果分析

通過仿真軟件運算，生成巷道風速變化等值線(見圖3)，通過對風速變化等值線分析，巷道內尤其是交叉點處不到0.01 m/s，數值較小，說明風速變化不大；風速為2E-0.06～0.000 5 m/s，即漏風量較小。

圖3 風速變化等值線圖

3.3 巷道通風阻力測定

結合3303工作面、3305工作面現場實際條件，改U型通風為Y型通風方式后，工作面通風路線發生變化，針對優化后的通風系統，須測定其通風阻力、風壓等關鍵參數。首先結合現場布置測點，即根據巷道狀況、基本地質情況，在原測漏風量測點基礎上設定測點；之后采用FYP-1型精密數字氣壓計、KG5002型超聲波旋渦風速傳感器分別對各設定的測點氣壓、風速進行測定，得出工作面進風段巷道、用風段巷道及回風段巷道的通風阻力值及占比(見表2)。該組數據與帶入公式計算得出數值誤差在3%以內，精度滿足要求。

表2 采區通風阻力匯總

由表2得出：通風系統優化后，回風段巷道長度較原通風系統減小較多，通風阻力在進風段巷道、用風段巷道及回風段巷道分配趨于合理。另對回風段巷道瓦斯濃度進行監測，瓦斯濃度呈逐漸增大趨勢，表明通風系統改為Y型通風后，漏風量明顯變小，同時為工作面安全生產提供通風保障。

4 結語

結合現場實測及理論分析，綜采工作面采用U型通風時，隨工作面的推進，容易發生向采空區漏風的現象。對于具有自燃傾向性的煤體，遇到地質條件發生變化造成推進速度較慢時，更易造成煤體自燃。通過改變U型通過為Y型通風方式，經過現場實測及數值仿真模擬，證明Y型通風優于U型通風，不易發生向采空區漏風，通風阻力分配趨于合理，為工作面安全生產提供通風保障。