綜放工作面沿空留巷時(shí)漏風(fēng)規(guī)律與通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化

蘇利兵

(鄂爾多斯市中北煤化工有限公司，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017000)

1 工程概況

某煤礦采用斜井開(kāi)拓方式，通風(fēng)方式為抽出式，核定生產(chǎn)能力220萬(wàn)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(xiǎn)性，煤塵爆炸性指數(shù)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(fēng)方式，順槽設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為1 540 m，切巷設(shè)計(jì)長(zhǎng)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(wěn)定，施工坡度為-12°～12°，根據(jù)工作面上、下順槽掘進(jìn)實(shí)際揭露及鉆孔資料分析，工作面推進(jìn)至410～520 m回采區(qū)域局部存在薄煤帶，工作面推進(jìn)速度較慢，由于煤層具有自燃傾向性，受工作面漏風(fēng)影響，進(jìn)一步增加了采空區(qū)落煤自燃發(fā)火可能性。針對(duì)該問(wèn)題，須在工作面上、下順槽布置測(cè)風(fēng)站，對(duì)工作面漏風(fēng)情況進(jìn)行實(shí)測(cè)、分析，掌握工作面漏風(fēng)量，總結(jié)漏風(fēng)規(guī)律并提出針對(duì)性措施，杜絕出現(xiàn)采空區(qū)落煤自燃現(xiàn)象。

2 工作面漏風(fēng)量測(cè)定及分析

工作面推進(jìn)至410 m局部遇薄煤帶后，開(kāi)始在工作面兩巷布置測(cè)風(fēng)點(diǎn)，對(duì)工作面進(jìn)風(fēng)巷及回風(fēng)巷風(fēng)量進(jìn)行測(cè)定。測(cè)風(fēng)點(diǎn)處懸掛標(biāo)志牌，測(cè)風(fēng)點(diǎn)間距均為100 m。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際條件，3303工作面進(jìn)風(fēng)巷共布置8個(gè)測(cè)風(fēng)點(diǎn)，標(biāo)號(hào)由A1～A8。另外，3305工作面回風(fēng)巷共布置3組測(cè)點(diǎn)，標(biāo)號(hào)由B1～B3，分布于3305工作面回風(fēng)巷切巷口里外，測(cè)風(fēng)點(diǎn)布置示意圖如圖1所示。

圖1 測(cè)風(fēng)點(diǎn)布置示意圖

測(cè)風(fēng)人員在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)風(fēng)時(shí)，嚴(yán)格按規(guī)范進(jìn)行操作，主要對(duì)巷道內(nèi)風(fēng)量、風(fēng)速等進(jìn)行測(cè)定并準(zhǔn)確記錄，待測(cè)定完成后，通過(guò)計(jì)算，得出各個(gè)測(cè)風(fēng)點(diǎn)的漏風(fēng)量及漏風(fēng)率(見(jiàn)表1)。

表1 工作面測(cè)風(fēng)點(diǎn)漏風(fēng)統(tǒng)計(jì)表

通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得出3303工作面向采空區(qū)最小漏風(fēng)量為10 m3/min，最大漏風(fēng)量99 m3/min，對(duì)應(yīng)漏風(fēng)率分別為0.8%、8.3%，3305工作面回風(fēng)巷在切巷口里外漏風(fēng)率相差較大，即越靠近切巷漏風(fēng)越嚴(yán)重，達(dá)到8.1%。

3 Y型通風(fēng)設(shè)計(jì)

通過(guò)以上分析，針對(duì)工作面漏風(fēng)及因漏風(fēng)可能造成采空區(qū)落煤自燃的問(wèn)題，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)條件，優(yōu)化3303工作面通風(fēng)系統(tǒng)，即改U型通風(fēng)為Y型通風(fēng)，即由原3303工作面進(jìn)風(fēng)巷進(jìn)風(fēng)，3303工作面運(yùn)輸順槽回風(fēng)改為3303工作面進(jìn)風(fēng)巷、運(yùn)輸順槽進(jìn)風(fēng)，3303運(yùn)輸順槽留巷段回風(fēng)，工作面進(jìn)風(fēng)量Q1為1 050 m3/min，Q2為650 m3/min，回風(fēng)巷回風(fēng)量Q3為1 750 m3/min，另隨著工作面漏風(fēng)量降低，減少了工作面瓦斯管理的壓力。

3.1 Y型通風(fēng)方式合理性評(píng)價(jià)

根據(jù)3303工作面實(shí)際條件，通過(guò)FLUENT仿真軟件建立巷道模型，通過(guò)運(yùn)算得出分析結(jié)果，對(duì)風(fēng)速等值線、O2含量及通風(fēng)阻力等3個(gè)主要方面進(jìn)行分析，評(píng)估Y型通風(fēng)的合理性、穩(wěn)定性。巷道邊界條件設(shè)置為多孔階躍邊界，設(shè)定空氣主要成分為N2及O2，且設(shè)定空氣初始狀態(tài)為N2，便于對(duì)O2含量進(jìn)行研究。另設(shè)定巷道內(nèi)進(jìn)風(fēng)量為650 m3/min ，同時(shí)對(duì)巷道內(nèi)尤其是交叉點(diǎn)處風(fēng)速生成等值線圖。結(jié)合3303工作面設(shè)計(jì)，設(shè)定順槽長(zhǎng)1 540 m，切巷長(zhǎng)160 m，巷道斷面規(guī)格：凈寬×凈高=5 m×3 m。

如圖2所示，根據(jù)Y型通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，設(shè)定巷1及巷2為進(jìn)風(fēng)巷，巷3為回風(fēng)巷。

圖2 Y型通風(fēng)系統(tǒng)模型圖

3.2 數(shù)值模擬結(jié)果分析

通過(guò)仿真軟件運(yùn)算，生成巷道風(fēng)速變化等值線(見(jiàn)圖3)，通過(guò)對(duì)風(fēng)速變化等值線分析，巷道內(nèi)尤其是交叉點(diǎn)處不到0.01 m/s，數(shù)值較小，說(shuō)明風(fēng)速變化不大；風(fēng)速為2E-0.06～0.000 5 m/s，即漏風(fēng)量較小。

圖3 風(fēng)速變化等值線圖

3.3 巷道通風(fēng)阻力測(cè)定

結(jié)合3303工作面、3305工作面現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際條件，改U型通風(fēng)為Y型通風(fēng)方式后，工作面通風(fēng)路線發(fā)生變化，針對(duì)優(yōu)化后的通風(fēng)系統(tǒng)，須測(cè)定其通風(fēng)阻力、風(fēng)壓等關(guān)鍵參數(shù)。首先結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)布置測(cè)點(diǎn)，即根據(jù)巷道狀況、基本地質(zhì)情況，在原測(cè)漏風(fēng)量測(cè)點(diǎn)基礎(chǔ)上設(shè)定測(cè)點(diǎn)；之后采用FYP-1型精密數(shù)字氣壓計(jì)、KG5002型超聲波旋渦風(fēng)速傳感器分別對(duì)各設(shè)定的測(cè)點(diǎn)氣壓、風(fēng)速進(jìn)行測(cè)定，得出工作面進(jìn)風(fēng)段巷道、用風(fēng)段巷道及回風(fēng)段巷道的通風(fēng)阻力值及占比(見(jiàn)表2)。該組數(shù)據(jù)與帶入公式計(jì)算得出數(shù)值誤差在3%以內(nèi)，精度滿足要求。

表2 采區(qū)通風(fēng)阻力匯總

由表2得出：通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化后，回風(fēng)段巷道長(zhǎng)度較原通風(fēng)系統(tǒng)減小較多，通風(fēng)阻力在進(jìn)風(fēng)段巷道、用風(fēng)段巷道及回風(fēng)段巷道分配趨于合理。另對(duì)回風(fēng)段巷道瓦斯?jié)舛冗M(jìn)行監(jiān)測(cè)，瓦斯?jié)舛瘸手饾u增大趨勢(shì)，表明通風(fēng)系統(tǒng)改為Y型通風(fēng)后，漏風(fēng)量明顯變小，同時(shí)為工作面安全生產(chǎn)提供通風(fēng)保障。

4 結(jié)語(yǔ)

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)及理論分析，綜采工作面采用U型通風(fēng)時(shí)，隨工作面的推進(jìn)，容易發(fā)生向采空區(qū)漏風(fēng)的現(xiàn)象。對(duì)于具有自燃傾向性的煤體，遇到地質(zhì)條件發(fā)生變化造成推進(jìn)速度較慢時(shí)，更易造成煤體自燃。通過(guò)改變U型通過(guò)為Y型通風(fēng)方式，經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)及數(shù)值仿真模擬，證明Y型通風(fēng)優(yōu)于U型通風(fēng)，不易發(fā)生向采空區(qū)漏風(fēng)，通風(fēng)阻力分配趨于合理，為工作面安全生產(chǎn)提供通風(fēng)保障。