基于“U+I”型通風系統的模擬優(yōu)化研究

賈 岳

（西山煤電股份有限公司西曲礦，山西古交030200）

基于“U+I”型通風系統的模擬優(yōu)化研究

賈 岳

（西山煤電股份有限公司西曲礦，山西古交030200）

為了對U+I型通風方式下的風排瓦斯效率進行研究，本文以某煤礦為實際工程背景，運用數值模擬軟件對U+I型通風方式中不同的內錯尾巷高度下，即分別為頂板上方2 m、3 m、4 m、5 m時，該通風系統的排瓦斯效果進行了模擬研究，得到了該通風系統的最優(yōu)解，即對U+I型通風系統進行了優(yōu)化。模擬結果表明：尾巷布置于頂板上方4 m時，尾巷的風排瓦斯率達到71.74%，相比尾巷布置于頂板上方2 m時提高了15.21%，同時，巷道的排瓦斯總量達到6.44 m3/min，此時，通風系統的排瓦斯效果達到最佳。因此，該礦使用U+I型通風系統時，內錯尾巷宜布置在頂板上方4 m左右。

U+I型；通風系統；數值模擬；優(yōu)化

瓦斯突出與超限引發(fā)的事故是礦井五大災害事故中最主要，也是后果最嚴重的一類事故［1-3］，而良好的通風方式和通風系統能夠相當程度地減少瓦斯事故發(fā)生的概率。近些年來，礦井的規(guī)模不斷擴大，礦井開采的深度也逐漸增大，隨著開采深度的增加瓦斯涌出量也相應增加，瓦斯超限問題時有發(fā)生，尤其在工作面的上隅角及回風流中的瓦斯?jié)舛冉洺鲆?guī)定值，防治瓦斯積聚已成為多數礦井，尤其是高瓦斯礦井亟需解決的重要問題。風排瓦斯主要是依靠穩(wěn)定、可靠的礦井通風系統，通過采用通風機通風來排走系統中的瓦斯，礦井需要選擇與礦井本身條件相匹配的通風系統才能有效實現風排瓦斯的目的［4-8］。隨著煤炭開采技術的日益提升，多種新型的通風系統被提出、實驗研究并投入煤礦進行使用及推廣，其中“U+I”型通風系統取得了較好的效果，大大提高了礦井風排瓦斯的能力，但在實際應用中也發(fā)現了一些問題。

本文以某礦為實際工程背景，研究了在“U+I”型通風系統下風排瓦斯效果的最優(yōu)解，即該通風系統的優(yōu)化問題，在實際生產中具有重要意義。

1 U+I型通風系統介紹

U+I型通風系統是在U型通風系統的基礎上，平行于回風巷且距離回風巷內側10～20 m，垂直高度高于回風巷的位置再布置1條巷道專門用來排放瓦斯，這條專用排瓦斯巷道即稱為U+I型通風系統的內錯尾巷［9-10］，見圖1。內錯尾巷隨著工作面向前推進而自行垮落，考慮到生產過程中放煤工序滯后于割煤工序，因此，內錯尾巷要深入采空區(qū)5 m以上，以便采空區(qū)的瓦斯更易于從內錯尾巷排出。

圖1 工作面內錯尾巷布置方式示意圖

考慮到上部鄰近層的瓦斯可以通過煤層頂板裂隙進入本煤層采空區(qū)，并匯同采空區(qū)的瓦斯一同進入工作面上隅角進而造成工作面上隅角的瓦斯超限，而瓦斯的密度小于空氣會在采空區(qū)上浮，將內錯尾巷的位置布置在煤層的頂部，且處于工作面上隅角的上風一側，這樣就使得內錯尾巷的布置更易于采空區(qū)瓦斯的排放，進而解決了工作面上隅角瓦斯超限的問題。同時，還可以通過增大回風巷的阻力，調整內錯尾巷與回風巷的風壓差使內錯尾巷吸風口處壓力低于回風巷的壓力，進一步提高內錯尾巷的風排瓦斯能力。

內錯尾巷能夠高效工作的前提是尾巷的穩(wěn)定性得到保證，但在礦井生產的實際應用中，內錯尾巷由于布置在開采煤層的頂板位置，有時會受到放煤的影響，頂煤垮落而使得內錯尾巷提前垮落與工作面冒透，治理瓦斯的作用受到影響。因此，可以考慮將內錯尾巷布置在頂板上方，并通過對內錯尾巷在頂板上方不同布置高度時尾巷及回風巷的瓦斯?jié)舛冗M行數值模擬，選取最佳的布置位置，從而提高尾巷的排瓦斯能力，避免其受頂煤冒落的影響，進一步保持其工作的穩(wěn)定性。

圖2 H=2 m時內錯尾巷瓦斯?jié)舛确植紙D

圖3 H=3 m時內錯尾巷瓦斯?jié)舛确植紙D

圖4 H=4 m時內錯尾巷的瓦斯?jié)舛确植紙D

圖5 H=5 m時內錯尾巷的瓦斯?jié)舛确植紙D

表1 尾巷布置在不同高度時的模擬結果對照表

2 通風系統的模擬優(yōu)化

2.1 模擬模型的建立

為了研究內錯尾巷在不同布置高度下采空區(qū)瓦斯的運移規(guī)律及尾巷風排瓦斯的效果，在礦井的實際生產條件下，建立內錯尾巷在不同布置高度下的數值模擬模型，以確定風排瓦斯效果最好的尾巷布置高度。

依據該礦+435工作面的實際生產情況，建立參數如下的數值模擬模型：計算區(qū)域為長280 m、寬96 m、高65 m；采煤工作面為長96 m、寬4 m、高3 m；進、回風巷為長20 m、寬4 m、高3 m；內錯尾巷為長25 m、寬3 m、高2 m，進入采空區(qū)5 m；內錯尾巷與回風巷之間的水平距離為15 m。將內錯尾巷與煤層頂板之間的距離設為H，分別取H為2 m、3 m、4 m、5 m。

2.2 數值模擬及結果分析

內錯尾巷在不同布置高度下，內錯尾巷中的瓦斯?jié)舛确植记闆r的數值模擬圖見圖2，3，4，5。

尾巷布置在不同高度時，內錯尾巷與回風巷中瓦斯?jié)舛确植寄M結果對照見表1。

從表1可以看出，在風量相同的情況下，內錯尾巷布置于頂板上方4 m時，尾巷的風排瓦斯率可以達到71.74%，回風巷與內錯尾巷的排瓦斯總量達到6.44 m3/min，相比尾巷布置于頂板上方2 m、3 m、5 m時均有提高，且比尾巷布置于頂板上方2 m時內錯尾巷的風排瓦斯率提高了15.21%。隨著尾巷布置高度的增加，尾巷的瓦斯?jié)舛取⑴磐咚沽考帮L排瓦斯率均明顯增加，同時回風巷與內錯尾巷的排瓦斯總量增加，當布置高度達到4 m時，排瓦斯效果最佳，但是當布置高度達到5 m時排瓦斯效果有所回落。因此，礦井內錯尾巷最佳的布置高度為頂板上方4 m左右。

3 結語

通過建立礦井通風系統的數值模擬模型，對內錯尾巷布置在不同高度時尾巷與回風巷的瓦斯?jié)舛确植歼M行模擬，為了避免尾巷受頂煤冒落的影響而破壞其穩(wěn)定性，分別選取尾巷的布置高度為頂板上方2 m、3 m、4 m及5 m。通過對不同布置高度下的模擬結果進行對照分析得出，尾巷布置于頂板上方4 m時，尾巷的風排瓦斯率達到71.74%，相比尾巷布置于頂板上方2 m時提高了15.21%，同時，巷道的排瓦斯總量達到6.44 m3/min，此時，通風系統的排瓦斯效果達到最佳。因此，該礦使用U+I型通風系統時，內錯尾巷宜布置在頂板上方4 m左右。

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Simulation and Optimization Study Based on U+I Type Ventilation System

Jia Yue

In order to research gas drainage efficiency of U and I ventilation system，a coal mine is as a actual project background，the gas drainage effect of ventilation system is simulated and studied to different height of inner interlocked tail roadway that above roof is 2 m，3 m，4 m，5 m by using numerical simulation software，obtains the optimal solution of the ventilation system，namely U+I type ventilation system is optimized.The simulation results show that the gas drainage rate of tail roadway reaches 71.74 percent when the tail roadway arranged in the roof above 4 m，compares with the tail roadway arranges in the roof above 2 m，gas drainage rate improves 15.21 percent，at the same time the total gas drainage reaches 6.44 m3/min，at this time，the effect of exhaust gas ventilation system achieves the best.Therefore，when uses U+I type ventilation system，inner interlocked tail roadway should be arranged in the roof above about 4 m.

U+I type；Ventilation system；Numerical simulation；Optimization

TD724

B

1672-0652（2014）12-0029-03

2014-10-08

賈岳（1972—），男，山西河曲人，1995年畢業(yè)于陽泉煤炭?？茖W校，工程師，主要從事煤礦開采管理方面的工作（E-mail）763132088@qq.com