工作面局部通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化及堵漏風(fēng)技術(shù)

岳廣英

（大同煤礦集團(tuán)安全管理監(jiān)察局，山西 大同 037003）

防治采空區(qū)煤體自燃的有效途徑為減少通風(fēng)風(fēng)流向采空區(qū)分流，減少碎煤和遺煤與空氣接觸的機(jī)會[1]。因此，應(yīng)首先對該局部通風(fēng)系統(tǒng)的通風(fēng)方式及風(fēng)量進(jìn)行優(yōu)化并采取有效的堵漏風(fēng)措施[2]。將風(fēng)流充入工作面時(shí)，從進(jìn)風(fēng)到回風(fēng)、巷道沿途都應(yīng)進(jìn)行精確監(jiān)測，監(jiān)測沿空留巷過程中的漏風(fēng)位置及大小[3]。將監(jiān)測數(shù)據(jù)輸入FLUENT軟件，模擬分析漏風(fēng)的區(qū)域，以此為依據(jù)，設(shè)計(jì)更加合理的通風(fēng)方式。采用并研究了新型噴涂堵漏風(fēng)材料及工藝[4]。

1 工作面漏風(fēng)規(guī)律監(jiān)測分析

綜采工作面回采一段時(shí)間后，應(yīng)對其采空區(qū)沿空留巷部分巷段進(jìn)行測風(fēng)，工作面沿空留巷測風(fēng)點(diǎn)間距為100m，編號形式為An（n=1，2，3…），運(yùn)輸順槽及沿空留巷分別布置測點(diǎn)為B1，B2。與此同時(shí)，實(shí)時(shí)監(jiān)測工作面回風(fēng)巷的總風(fēng)量并記錄。

2 工作面漏風(fēng)規(guī)律模擬分析

2.1 模型建立

根據(jù)現(xiàn)采的工作面實(shí)際情況：采空區(qū)走向長200m，傾斜長202.5m，垮落帶高度13m。工作面進(jìn)風(fēng)巷寬5m、高3.8m，回風(fēng)巷寬5m、高2.5m。建立通風(fēng)系統(tǒng)幾何數(shù)值模型如圖1所示。其中幾何模型中巷1表示工作面軌道順槽，巷2表示工作面運(yùn)輸順槽，巷3表示工作面運(yùn)輸順槽。

圖1 通風(fēng)系統(tǒng)幾何數(shù)值模型

2.2 模擬參數(shù)及邊界條件

從工作面頂板垮落帶中巖石冒落和被壓實(shí)狀態(tài)，分析出孔隙率、滲透率，建模時(shí)，將相鄰工作面區(qū)段之間的沿空留巷巷道設(shè)置為多孔階躍邊界，滲透率取10～14m2。工作面瓦斯?jié)舛容^低，可以忽略其影響，將空氣成分看做O2和N2的混合體。為了更好地研究漏風(fēng)狀態(tài)，將工作面氣體的初始狀態(tài)全部看做N2，以此判斷氧氣的擴(kuò)散狀態(tài)。采用速度入口和壓力出口，單條巷道進(jìn)風(fēng)量為650m3/min。

3 模擬結(jié)果及分析

3.1 工作面“Y型”通風(fēng)方式模擬

如圖2所示，巷1、巷2進(jìn)風(fēng)，巷3回風(fēng)，即工作面軌道順槽與運(yùn)輸順槽進(jìn)風(fēng)，工作面運(yùn)輸順槽回風(fēng)。采空區(qū)風(fēng)速大小變化模擬結(jié)果如圖2，氧濃度大小變化規(guī)律模擬結(jié)果如圖3所示。

圖2 工作面采空區(qū)風(fēng)速等值線分布圖

圖3 工作面采空區(qū)氧氣濃度分布云圖

3.2 工作面“W型”通風(fēng)方式模擬

巷1、巷3進(jìn)風(fēng)，巷2回風(fēng)，即8307工作面軌道順槽與8306工作面運(yùn)輸順槽進(jìn)風(fēng)，8307工作面運(yùn)輸順槽回風(fēng)。而風(fēng)速變化情況如圖4，氧氣含量的動(dòng)態(tài)變化如圖5所示。

（1）從上述模擬得知：采用“W型”通風(fēng)，運(yùn)順順槽和工作面交匯處風(fēng)速等值線較高，（＞0.1m/s），模擬風(fēng)速在0.02～0.01m/s；使用“Y型”通風(fēng)，交匯處等值線較低（<0.1m/s），風(fēng)速模擬為0.05～002m/s。前者漏風(fēng)量更大。

（2）采用“W型”通風(fēng)時(shí)，在8306工作面附近，氧含量云圖區(qū)域?yàn)?.185～0.135，采用“Y型”通風(fēng)時(shí)，氧含量云圖區(qū)域?yàn)?.15～0.105；工作面軌順內(nèi)氧含量較小，即漏風(fēng)量較小。

圖4 工作面采空區(qū)風(fēng)速等值線分布圖

圖5 工作面采空區(qū)氧氣濃度分布云圖

通過上述模擬得到，沿空留巷采用“W型”通風(fēng)時(shí)，留巷是與采空區(qū)相通的，向采空區(qū)漏風(fēng)的幾率更大，更容易產(chǎn)生自燃，產(chǎn)生有害氣體。

4 減少工作面漏風(fēng)技術(shù)措施及漏風(fēng)監(jiān)測結(jié)果與分析

4.1 減少工作面漏風(fēng)技術(shù)措施

綜合比較現(xiàn)有技術(shù)措施，決定采用新型噴涂堵漏風(fēng)材料來減少沿空留巷向采空區(qū)的漏風(fēng)，因此，需要從噴涂材料的基礎(chǔ)特性方面開展研究工作，開發(fā)出經(jīng)濟(jì)、實(shí)用的新技術(shù)。新型復(fù)合漿體噴涂技術(shù)是建立在傳統(tǒng)噴涂工藝基礎(chǔ)上，根據(jù)井工礦開采中井巷及煤層地質(zhì)的實(shí)際條件，以黃泥、水泥及礦用噴涂添加劑等為漿體的主要原材料，結(jié)合成套的噴涂設(shè)備或礦井已有的灌漿站，依靠礦井壓風(fēng)和電力系統(tǒng)，將復(fù)合漿液噴至巷道壁面，并在很短時(shí)間內(nèi)凝結(jié)硬化而起到防水、防腐、隔絕空氣或支護(hù)等作用的技術(shù)。新型復(fù)合漿體噴涂技術(shù)對比傳統(tǒng)的噴涂技術(shù)，主要具有材料成本低、粉塵濃度小、回彈率低及一定的抗變形性能。

4.2 漏風(fēng)監(jiān)測結(jié)果與分析

4.2.1 堵漏前漏風(fēng)測試

根據(jù)10202的測點(diǎn)布置及漏風(fēng)測試，得到了工作面風(fēng)量及漏風(fēng)數(shù)據(jù)，見表1所示。

表1 工作面風(fēng)量及漏風(fēng)數(shù)據(jù)表

據(jù)表1可知：①進(jìn)風(fēng)流漏入采空區(qū)的風(fēng)量為161.2m3/min，漏入?yún)^(qū)段集中在進(jìn)風(fēng)巷沿工作面傾向30m范圍內(nèi)；②漏入風(fēng)量被分割成兩部分，一部分經(jīng)采空區(qū)進(jìn)入回風(fēng)系統(tǒng)，另一部分經(jīng)采空區(qū)，由地表裂隙排出，驗(yàn)證了地表漏風(fēng)通道的存在；③其中經(jīng)采空區(qū)進(jìn)入回風(fēng)系統(tǒng)的風(fēng)量為71.2m3/min，經(jīng)地表排出為90m3/min。

檢測期間在2014年11月份，井下溫度高于地表溫度，考慮到地表裂隙的存在，造成漏風(fēng)風(fēng)流由地表裂隙排出的原因，主要是因溫度差及高差導(dǎo)致的自然風(fēng)壓造成的。但這種漏風(fēng)模式，對采空區(qū)極為不利，因?yàn)槁╋L(fēng)風(fēng)流貫穿采空區(qū)，漏風(fēng)區(qū)域比較大。

4.2.2 堵漏措施后漏風(fēng)測定結(jié)果

為了掌握堵漏措施的有效性，在措施實(shí)施后，對工作面的漏風(fēng)情況進(jìn)行了再次測定，為了分析措施的效果，測試方案與之前相同，得到了堵漏后的漏風(fēng)特征，如圖6所示。

圖6 堵漏措施下工作面漏風(fēng)特征圖

由圖6可以看出，在井上下堵漏措施實(shí)施后，工作面的漏風(fēng)情況如下：①進(jìn)風(fēng)流漏入采空區(qū)的風(fēng)量為76.1m3/min，漏入?yún)^(qū)段集中在進(jìn)風(fēng)巷沿工作面傾向60m范圍內(nèi)；②經(jīng)采空區(qū)進(jìn)入回風(fēng)系統(tǒng)的風(fēng)量為52.1m3/min，經(jīng)地表排出為24m3/min；③地表裂隙通道仍舊存在。

通過對比分析堵漏前后看出，堵漏后具有以下主要特征：①漏風(fēng)量由161.2m3/min降低到76.1m3/min，降低了85.1m3/ min；②地表漏風(fēng)量由90m3/min降低到24m3/min，降低了66m3/min；③堵漏后因后部增阻，工作面漏風(fēng)區(qū)段的長度增加。通過漏入風(fēng)量及地表漏風(fēng)量的變化情況來看，堵漏后采空區(qū)漏風(fēng)量整體降低了85.1m3/min，地表漏風(fēng)量下降了66m3/min，說明實(shí)施的封堵措施對抑制采空區(qū)漏風(fēng)起到了很好的作用。

5 結(jié)論

（1）由數(shù)值模擬分析，得出現(xiàn)采工作面采用無煤柱沿空留巷“W型”通風(fēng)方式條件下采空區(qū)漏風(fēng)量比“Y型”大，故該工作面通風(fēng)系統(tǒng)應(yīng)按“Y型”通風(fēng)方式布置，即工作面軌道順槽與運(yùn)輸順槽進(jìn)風(fēng)，工作面運(yùn)輸順槽回風(fēng)，從而避免采空區(qū)大面積漏風(fēng)。

（2）綜合比較現(xiàn)有技術(shù)措施，決定采用噴涂堵漏風(fēng)材料來減少沿空留巷向采空區(qū)的漏風(fēng)。該材料以黃土、水泥為基料，配以玻璃纖維及噴涂添加劑，按質(zhì)量以1.5：1：0.003：0.02的比例進(jìn)行配制，采用井下移動(dòng)式噴涂系統(tǒng)進(jìn)行施工。

（3）采取堵漏措施后，采空區(qū)整體漏風(fēng)量下降了85.1m3/min，地表漏風(fēng)量下降了66m3/min，封堵措施成效顯著。