孤島開采對礦井通風(fēng)系統(tǒng)的影響性研究

劉曉玲，宋海燕，陳繼濤

(青島黃海學(xué)院，山東 青島 266427)

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孤島開采對礦井通風(fēng)系統(tǒng)的影響性研究

劉曉玲，宋海燕，陳繼濤

(青島黃海學(xué)院，山東 青島 266427)

針對某煤礦孤島A工作面回采后孤島面供風(fēng)困難、向鄰近采空區(qū)C的漏風(fēng)量增加、礦井局部巷道阻力顯著增大等問題，對礦井通風(fēng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行測定分析與模擬，建立可靠的風(fēng)網(wǎng)解算模型；利用計算機網(wǎng)絡(luò)模擬軟件對孤島A工作面回采后礦井通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行模擬解算，根據(jù)解算結(jié)果制定孤島A工作面回采后礦井通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化方案。由此，對孤島開采下的礦井通風(fēng)系統(tǒng)通風(fēng)困難及采空區(qū)火災(zāi)防治提供了技術(shù)指導(dǎo)。

孤島工作面；采空區(qū)；風(fēng)網(wǎng)模擬；系統(tǒng)優(yōu)化

工作面通風(fēng)系統(tǒng)作為礦井通風(fēng)系統(tǒng)的一部分，其合理與否不僅影響工作面的風(fēng)量分配，發(fā)生事故時的風(fēng)流控制，生產(chǎn)的順利完成，而且影響全礦的通風(fēng)質(zhì)量和安全狀況[1]。在礦井孤島開采過程中，工作面需風(fēng)量將逐漸增加，進(jìn)、回風(fēng)巷的壓力逐漸增大，孤島采面向鄰近采空區(qū)的漏風(fēng)量逐漸增加，采空區(qū)遺煤的自燃特性表現(xiàn)得愈加強烈，因此，合理調(diào)整孤島工作面與礦井通風(fēng)系統(tǒng)就顯得尤為重要。本文通過對礦井現(xiàn)有通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行基礎(chǔ)參數(shù)收集、測定，建立可靠的風(fēng)網(wǎng)模型；利用風(fēng)網(wǎng)模型對孤島工作面回采前、后礦井通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行分析，設(shè)計合理的優(yōu)化方案。研究工作對保障礦井通風(fēng)系統(tǒng)安全有效運行具有重要的指導(dǎo)意義。

1　孤島工作面通風(fēng)系統(tǒng)分析

某煤礦通風(fēng)方式為中央并列式，通風(fēng)方法為抽出式，副井進(jìn)風(fēng)，主井回風(fēng)?？傔M(jìn)風(fēng)量5412m3/min，

總回風(fēng)量5490m3/min，總排風(fēng)量5832m3/min，礦井等積孔2.7m2，通風(fēng)機房水柱計讀數(shù)1960Pa，通風(fēng)能力滿足生產(chǎn)要求。A掘進(jìn)工作面位于-630m水平六采區(qū)上部，南鄰B綜放工作面采空區(qū)，北鄰C綜放工作面采空區(qū)，為孤島工作面。工作面最大傾角可達(dá)28o，走向長度為1150m左右；煤層底板標(biāo)高為-600～-660m，平均為-630m；煤層局部含夾矸，煤層結(jié)構(gòu)較簡單，中等硬度；工作面現(xiàn)已形成A第一軌道巷、A第一膠帶巷、A第二膠帶巷，形狀不規(guī)則，中間有斷層穿過，回風(fēng)路線較長。

A掘進(jìn)工作面現(xiàn)需風(fēng)量為11m3/s。根據(jù)礦井設(shè)計，A工作面正式回采后工作面需風(fēng)量為16m3/s。屆時，工作面進(jìn)、回風(fēng)巷通風(fēng)阻力增大，孤島工作面與相鄰采空區(qū)的隔離煤柱受壓變形，則進(jìn)、回風(fēng)巷與相鄰采空區(qū)之間的風(fēng)壓差也將變大，導(dǎo)致向采空區(qū)的漏風(fēng)量變大，造成鄰近采空區(qū)防滅火任務(wù)更加嚴(yán)峻[2-4]。

2　基礎(chǔ)參數(shù)的測定分析與模型建立

2.1基礎(chǔ)參數(shù)的測定分析

為準(zhǔn)確獲取該煤礦通風(fēng)阻力參數(shù)，根據(jù)孤島A工作面通風(fēng)系統(tǒng)現(xiàn)狀和通風(fēng)阻力測定標(biāo)準(zhǔn)要求，選擇一條風(fēng)流路線長、風(fēng)量大、包含較多測點的主測路線，采用逐點測定法[5-6]，完成了井下實測工作。測定路線如圖1所示，測定結(jié)果見表1。

圖1　礦井測定線路

巷道阻力值/Pa比例/%進(jìn)風(fēng)段1～6627.6431.8用風(fēng)段6～12207.5810.5回風(fēng)段12～311138.6657.7總計1973.88100.0

由表1可知，孤島A工作面回風(fēng)路線較長，通風(fēng)阻力占總阻力的57.7%，回風(fēng)段能耗損失較多；進(jìn)風(fēng)段阻力占總阻力的31.8%；用風(fēng)段阻力較小，僅占總阻力的10.5%。因此，需考慮對A工作面進(jìn)、回風(fēng)段進(jìn)行適當(dāng)減阻處理，以保障對A工作面的后期供風(fēng)需求。

2.2基礎(chǔ)參數(shù)模型的建立

為保證后期孤島A工作面優(yōu)化設(shè)計能夠準(zhǔn)確反映礦井通風(fēng)系統(tǒng)的實際情況，需建立準(zhǔn)確可靠的風(fēng)網(wǎng)解算模型[7]。將基礎(chǔ)測定參數(shù)輸入計算機網(wǎng)絡(luò)模擬解算軟件，進(jìn)行礦井風(fēng)網(wǎng)模擬。根據(jù)模擬解算結(jié)果，作出基礎(chǔ)參數(shù)測定時期與參數(shù)模擬時期巷道阻力差值曲線，如圖2所示。

圖2　優(yōu)化前后阻力差值對比

由圖2可知，對阻力測定時期與模擬時期各分段巷道阻力值進(jìn)行殘差分析：阻力測定時期分支巷道阻力值與模擬時期分支巷道阻力值的最大變化值小于2Pa，且二者之差在橫坐標(biāo)上下浮動值較小，基本趨于0值[8-10]。因此，本次解算結(jié)果可靠，各類巷道通風(fēng)參數(shù)可作為通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化及后期預(yù)測的依據(jù)。

3　孤島面回采后風(fēng)網(wǎng)解算及結(jié)果分析

孤島A工作面回采后，為保證工作面的安全生產(chǎn)，工作面需風(fēng)量將增加至16m3/s，礦井其他用風(fēng)地點風(fēng)量不變?，F(xiàn)根據(jù)所建立的風(fēng)網(wǎng)模型，將孤島面A用風(fēng)量改為16m3/s，進(jìn)行計算機網(wǎng)絡(luò)模擬解算。根據(jù)解算結(jié)果作出孤島工作面A回采前后進(jìn)、回風(fēng)巷道各分支的阻力分布柱狀(圖3)及各分支巷道回采后阻力增加比重(圖4)。

圖3　工作面A回采前后進(jìn)、回風(fēng)巷各分支的阻力分布

圖4　各分支巷道回采后阻力增加比重

由圖3和圖4可知，孤島A工作面回采后隨著用風(fēng)量的增加進(jìn)回風(fēng)巷道阻力值明顯增大；其中，主副井阻力增加比重為11%，主要進(jìn)回風(fēng)大巷阻力增加比重為12%，采區(qū)進(jìn)、回風(fēng)巷巷道阻力增加比重為22%，孤島A工作面進(jìn)、回風(fēng)巷道阻力增加所占比重最大，達(dá)到112%。孤島面A解算阻力值為-773.4Pa，孤島面A供風(fēng)困難。

如圖5所示，由于孤島A工作面回采后進(jìn)、回風(fēng)巷阻力增加比重都為112%，故采空區(qū)C密閉點a，b，c阻力增加比重也為112%，根據(jù)現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)及孤島A工作面回采后模擬數(shù)據(jù)，利用公式：

(1)

h1/h2=1.12

(2)

式中，h1，h2為回采后與回采前的阻力值，Pa；P1，P2為1點和2點的大氣壓力值，Pa；ρ1，ρ2為1點和2點的空氣密度，kg/m3；V1，V2為1點和2點的巷道斷面平均風(fēng)速，m/s；Z1，Z2為1點和2點對基準(zhǔn)面的標(biāo)高，m；g為重力加速度，m/s2。

圖5　孤島A工作面簡圖

由公式(1)、(2)可知，孤島A工作面鄰近采空區(qū)C密閉點a，b，c的內(nèi)外相對壓力變化情況分布見表2。

表2　密閉點的內(nèi)外相對壓力變化情況分布

由表2可知，孤島A工作面回采后與鄰近采空區(qū)C工作面密閉點內(nèi)外壓差由“內(nèi)大外小變?yōu)橥獯髢?nèi)小”，且壓差絕對值變大，即原來由采空區(qū)向外部漏風(fēng)變?yōu)橥獠肯虿煽諈^(qū)漏風(fēng)，且漏風(fēng)量變大；因此，應(yīng)加強對鄰近采空區(qū)的防滅火管理工作。

4 礦井通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計

4.1方案制定

針對孤島A工作面回采后進(jìn)、回風(fēng)巷道阻力增大、工作面供風(fēng)困難以及鄰近采空區(qū)C密閉點內(nèi)外相對壓力差發(fā)生反向且絕對值變大等問題，需對孤島A工作面回采后計算機網(wǎng)絡(luò)解算數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化處理；根據(jù)圖3孤島A工作面回采前后進(jìn)、回風(fēng)巷道阻力分布柱狀圖的分析結(jié)果，制定礦井通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化方案，具體措施如下：

(1)隨著后續(xù)開采計劃的進(jìn)行，封閉礦井通風(fēng)系統(tǒng)八采區(qū)的一個回采工作面，八采區(qū)原有用風(fēng)量33.3m3/s變?yōu)?1.3m3/s。

(2)調(diào)節(jié)礦井通風(fēng)系統(tǒng)內(nèi)部通風(fēng)設(shè)施，減少礦井內(nèi)部漏風(fēng)量。

(3)對行人的回風(fēng)井口設(shè)置的風(fēng)門質(zhì)量要嚴(yán)格把關(guān)并經(jīng)常檢查，由于風(fēng)門兩端風(fēng)壓差很大，當(dāng)有裂隙時漏風(fēng)相當(dāng)嚴(yán)重；對不行人的回風(fēng)井口要封閉好(此密閉即是防爆門)。

4.2模擬優(yōu)化

對礦井通風(fēng)系統(tǒng)采取以上措施后，將孤島A工作面回采后數(shù)據(jù)重新輸入計算機網(wǎng)絡(luò)模擬解算軟件，根據(jù)模擬結(jié)果繪制基礎(chǔ)參數(shù)測定時期、孤島A工作面回采后優(yōu)化前后巷道阻力分布折線，如圖6所示。由解算數(shù)據(jù)可知：

(1)孤島A工作面回采后，回采工作面進(jìn)、回風(fēng)巷阻力較回采前及阻力測定前明顯增大，但總體趨勢保持一致，孤島A工作面供風(fēng)量為16m3/s，風(fēng)量滿足要求。

(2)孤島A工作面回采后，礦井主要進(jìn)、回風(fēng)巷阻力與回采前基本相同、總體變化趨勢一致，礦井其他用風(fēng)地點供風(fēng)正常。

(3)孤島A工作面回采后，采空區(qū)C密閉點內(nèi)、外相對壓力與回采前無變化，對采空區(qū)C的防滅火工作應(yīng)繼續(xù)加強。

(4)孤島A工作面回采后，礦井風(fēng)機工況風(fēng)量為87.62m3/s，風(fēng)壓為2184.135 Pa。

圖6　孤島A工作面各階段進(jìn)回風(fēng)巷分支巷道阻力分布

5　結(jié)　論

主要對礦井孤島面開采時期風(fēng)量不斷變化下的礦井通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，得出如下結(jié)論：

(1)通過對某煤礦通風(fēng)系統(tǒng)基礎(chǔ)參數(shù)的測定與模擬分析，繪制基礎(chǔ)參數(shù)測定時期與參數(shù)模擬時期各分支巷道阻力差值折線圖，由圖形可知：阻力測定時期分支巷道阻力值與模擬時期分支巷道阻力值的最大變化值小于2Pa，且二者之差在橫坐標(biāo)上下浮動值較小，基本趨于0值。因此，所建風(fēng)網(wǎng)模型可靠。

(2)利用所建立的風(fēng)網(wǎng)模型對孤島A工作面回采后礦井通風(fēng)系統(tǒng)重新進(jìn)行計算機網(wǎng)絡(luò)模擬解算，孤島A工作面進(jìn)、回風(fēng)巷阻力增加112%，工作面阻力為-773.4Pa，供風(fēng)困難，孤島A工作面回采后與鄰近采空區(qū)C工作面密閉點內(nèi)外壓差由“內(nèi)大外小變?yōu)橥獯髢?nèi)小”，且壓差絕對值變大，即原來由采空區(qū)向外部漏風(fēng)變?yōu)橥獠肯虿煽諈^(qū)漏風(fēng)，且漏風(fēng)量變大。

(3)針對孤島A工作面回采后存在的問題，提出封閉八采區(qū)一個回采工作面、減少內(nèi)部漏風(fēng)、回風(fēng)井口風(fēng)門加強管理等措施；對礦井通風(fēng)系統(tǒng)采取措施后進(jìn)行模擬解算，各用風(fēng)地點供風(fēng)正常，礦井主要進(jìn)回風(fēng)巷阻力分布合理，但孤島A工作面對采空區(qū)C密閉點內(nèi)、外相對壓力依然存在影響，對采空區(qū)C的防滅火工作應(yīng)繼續(xù)加強。

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[責(zé)任編輯：鄒正立]

Influence Research on Mine Ventilation System by Isolated Island Working Face Mining

LIU Xiao-ling，SONG Hai-yan，CHEN Ji-tao

(Qingdao Huanghai College ，Qingdao 266427，China)

There are some difficulty problems that caused by Isolated island A working face mining，such as isolated island working face ventilation difficulty，air leakage to nearly goaf C increased obviously，local roadway resistance of mine increased obviously，after basic data of mine ventilation was measured and simulated，and reliable wind network calculation model was built，mine ventilation system was simulated by computer simulation software,after isolated island working face mining，mine ventilation system optimization scheme was put forward according calculation results，so it

technical guidance for ventilation difficulty and goaf fire prevention with isolated island working face.

isolated island working face；goaf；wind network simulation；system optimization

2016-02-19

山東省高等學(xué)?？萍加媱濏椖?J15LB56)

劉曉玲(1984-)，女，內(nèi)蒙古赤峰人，碩士，講師，研究方向為信息與通信工程。

TD722

A

1006-6225(2016)05-0021-03

[DOI]10.13532/j.cnki.cn11-3677/td.2016.05.007

[引用格式]劉曉玲，宋海燕，陳繼濤.孤島開采對礦井通風(fēng)系統(tǒng)的影響性研究[J].煤礦開采，2016，21(5)：21-23，28.