厚煤層一次采全高綜采工作面均壓通風(fēng)技術(shù)研究

李鵬飛

【摘 要】 針對厚煤層一次采全高綜采面上隅角CO濃度超限的問題，文章采用工作面風(fēng)路風(fēng)量、風(fēng)壓數(shù)據(jù)分析、數(shù)值模擬的方法對采空區(qū)內(nèi)火源、溫度、CO等情況進(jìn)行研究，通過均壓通風(fēng)措施進(jìn)行防滅火，解決了工作面火災(zāi)危險。研究結(jié)果表明：1. 采空區(qū)內(nèi)溫度比較高的區(qū)域靠近運輸順槽;2. 均壓防滅火措施可以有效解決工作面風(fēng)路中風(fēng)壓壓降較大的問題;3. 均壓防滅火技術(shù)實施后，工作面上隅角未出現(xiàn)超限的情況。由于均壓防滅火技術(shù)具有工程量小、操作簡單的特點，研究結(jié)果對于類似礦井防滅火工作具有一定指導(dǎo)意義。

【關(guān)鍵詞】 CO超限;均壓通風(fēng);擋幕設(shè)置;效果考察

【中圖分類號】 TD724 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】 A 【文章編號】 2096-4102（2021）06-0010-03

綜合機械化開采過程中，厚煤層一次采全高，煤層開采完畢后采空區(qū)出現(xiàn)漏風(fēng)情況。由于漏風(fēng)情況出現(xiàn)，部分新鮮風(fēng)流流入采空區(qū)，導(dǎo)致采空區(qū)內(nèi)遺煤自燃，上隅角CO濃度升高，嚴(yán)重影響礦井安全生產(chǎn)。目前我國專家學(xué)者關(guān)于該問題已經(jīng)做過大量研究，安徽理工大學(xué)周亮博士進(jìn)行了高瓦斯礦井采空區(qū)遺煤自燃預(yù)警相關(guān)研究，闡述了高瓦斯礦井采空區(qū)自燃時敏感指標(biāo);褚廷湘博士進(jìn)行了頂板巷瓦斯抽采工程對遺煤自燃影響研究;劉偉博士對采空區(qū)發(fā)火過程進(jìn)行了多場耦合模擬研究;其他專家學(xué)者也做過采空區(qū)內(nèi)遺煤自燃規(guī)律及火災(zāi)防治相關(guān)研究。目前研究成果主要針對于發(fā)火規(guī)律，制定的治理措施以注漿為主，存在工程量大、對回采進(jìn)度影響大的問題。而均壓通風(fēng)技術(shù)具有工程量少、滅火效果佳的特點，可作為采空區(qū)防滅火技術(shù)的另一種思路。

山西某礦工作面一次性采全高，回采過程中存在上隅角CO濃度超標(biāo)、遺煤自燃的問題。為解決該問題，現(xiàn)進(jìn)行均壓通風(fēng)技術(shù)防滅火分析，以期得到一些有益的結(jié)論。

1 工程概況

山西某礦主采煤層為8#煤層，煤層厚度4m，煤層直接頂板為泥巖，泥巖平均厚度1.2m，泥巖上覆巖層為細(xì)質(zhì)砂巖，平均厚度4.5m。目前在采工作面為8102工作面，工作面走向長度1976m，切眼長度188m，工作面采用綜合機械化采煤法，一次采全高。其中8#煤工業(yè)參數(shù)如表1所示，

2 采空區(qū)流場及自燃模擬研究

礦井工作面采空區(qū)遺煤出現(xiàn)漏風(fēng)情況，導(dǎo)致大量新鮮空氣流入采空區(qū)，為研究采空區(qū)內(nèi)遺煤自燃情況，進(jìn)行采空區(qū)內(nèi)流場和自燃數(shù)值模擬研究。采用多場耦合模擬軟件COMSOL Multiphysics，該軟件可以模擬多場耦合作用下，采空區(qū)內(nèi)流體運移規(guī)律及溫度場分布情況。

根據(jù)模型進(jìn)行數(shù)值模擬得出采空區(qū)壓力場、風(fēng)速場、溫度場如圖1所示。

根據(jù)圖1可知，采空區(qū)工作面運輸順槽一端風(fēng)壓較大，氧氣濃度較高;回風(fēng)巷一側(cè)風(fēng)壓較小，氧氣濃度較低。距離采面50-150m范圍內(nèi)容易出現(xiàn)溫度過高現(xiàn)象，高溫區(qū)域靠近運輸順槽一側(cè)較大。

通過數(shù)值模擬研究可知，風(fēng)壓會影響工作面氧氣分布和發(fā)火位置點。適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)風(fēng)壓可控制發(fā)火面積。

3 工作面風(fēng)壓、風(fēng)量測定及分析

8102工作面回采期間，出現(xiàn)工作面上隅角CO嚴(yán)重超限的現(xiàn)象，根據(jù)現(xiàn)場CO濃度統(tǒng)計分析，在過去的21天內(nèi)，CO超限次數(shù)為5次，濃度最高時達(dá)到0.036%，嚴(yán)重超過臨界值0.0024%。CO主要是采空區(qū)中的遺煤自燃所導(dǎo)致的，當(dāng)工作面大量漏風(fēng)，部分新鮮風(fēng)流流入采空區(qū)后又從采空區(qū)流入回風(fēng)巷，采空區(qū)內(nèi)的遺煤、矸石和新鮮風(fēng)流中的氧氣接觸產(chǎn)生自燃，最終導(dǎo)致工作面上隅角CO濃度超限。

目前工作面配風(fēng)量比較大，為研究以上問題出現(xiàn)的原因，現(xiàn)對8102工作面運輸順槽、回風(fēng)順槽沿線風(fēng)路中的風(fēng)量、風(fēng)壓進(jìn)行測定，測點布置如圖2所示。

各個測點風(fēng)量、風(fēng)壓如表2所示。

通過分析測點數(shù)據(jù)可知，1#測點到2#測點之間風(fēng)量和風(fēng)壓變化降低量比較少，兩個測點相距120m，風(fēng)量損失20m3/min，風(fēng)壓降低2Pa;2#測點與3#測點之間風(fēng)壓損失比較大，經(jīng)過一個工作面，總距離約為203m，風(fēng)量損失了440m3/min，風(fēng)壓降低了399Pa;3#測點到4#測點之間風(fēng)量和風(fēng)壓變化降低量比較少，兩個測點相距100m，風(fēng)量損失1m3/min，風(fēng)壓降低20Pa。根據(jù)測試，1#測點到2#測點之間風(fēng)量衰減率為0.17m2/min，風(fēng)壓衰減率為0.17Pa/m;2#測點到3#測點之間風(fēng)量衰減率為2.17m2/min，風(fēng)壓衰減率為1.97Pa/m;3#測點到4#測點之間風(fēng)量衰減率為0.02m2/min，風(fēng)壓衰減率為0.2Pa/m，綜上所述，經(jīng)過工作面區(qū)域風(fēng)量風(fēng)壓衰減率是運輸順槽風(fēng)量風(fēng)壓衰減率的12.8倍和11.59倍;經(jīng)過工作面區(qū)域風(fēng)量風(fēng)壓衰減率是回風(fēng)順槽風(fēng)量風(fēng)壓衰減率的108.5倍和9.85倍，因此推測，工作面區(qū)域存在嚴(yán)重漏風(fēng)現(xiàn)象。

4 均壓通風(fēng)技術(shù)措施

根據(jù)8102工作面風(fēng)量、風(fēng)壓統(tǒng)計結(jié)果分析可知，運輸順槽提供的風(fēng)量比較大，風(fēng)壓也較大，8102工作面采高較高，工作面區(qū)域極容易產(chǎn)生封堵不良區(qū)域，導(dǎo)致漏風(fēng)現(xiàn)象，因此適當(dāng)降低風(fēng)壓可以有效控制流入采空區(qū)風(fēng)量。主要方法為在運輸順槽設(shè)置風(fēng)幕，在運輸順槽設(shè)置一定的邊界圍擋，形成局部風(fēng)阻，降低運輸順槽的風(fēng)壓，這樣可以有效降低運輸順槽到回風(fēng)順槽的壓降，從而降低流經(jīng)工作面風(fēng)流風(fēng)壓損失，減小工作面風(fēng)量損失。主要措施設(shè)計圖如圖3所示，將運輸順槽18m2的斷面縮小到15.6m2。

5效果考察

在1#測點和2#測點之間設(shè)置擋幕后，對各測點風(fēng)量和風(fēng)壓進(jìn)行測試，通過和未設(shè)置前的風(fēng)量風(fēng)壓測試數(shù)據(jù)對比，結(jié)果如圖4所示。

設(shè)置完成擋幕時，1#測點到4#測點風(fēng)量降低了400m3/min，壓力降低了311Pa，其中主要降低位置點為1#測點和2#測點之間，通過對比可知，設(shè)置完成擋幕后，風(fēng)路中整體的降低速率比較平緩。

擋幕設(shè)置完成后對8102工作面上隅角CO濃度進(jìn)行為期一個月的數(shù)據(jù)檢測，檢測結(jié)果如圖5所示。

通過為期31天的測試，8102工作面上隅角瓦斯?jié)舛染闯蕖Ｍㄟ^均壓技術(shù)的實施，有效控制了大量新鮮風(fēng)流涌入采空區(qū)形成自燃的現(xiàn)象。

6總結(jié)

山西某礦8102工作面為厚煤層一次采全高工作面，工作面回采過程中出現(xiàn)上隅角CO濃度超限的問題，進(jìn)行工作面發(fā)火規(guī)律模擬研究，對超限原因進(jìn)行了分析，運用均壓技術(shù)制定了措施并實施，得出以下結(jié)論：

工作面發(fā)火位置點和風(fēng)壓有一定關(guān)系，運輸順槽一側(cè)風(fēng)壓較大，發(fā)火區(qū)域靠近運輸順槽一側(cè);

由工作面風(fēng)量風(fēng)壓測定結(jié)果可知，工作面位置風(fēng)量衰減率為2.17m2/min，風(fēng)壓衰減率為1.97Pa/m，大大超過巷道衰減率，工作面漏風(fēng)嚴(yán)重;

均壓措施為在運輸順槽中1#測點到2#測點之間設(shè)置擋幕，擋幕設(shè)置完成后斷面為15.6m2;

均壓措施實施完成后，風(fēng)路中風(fēng)量、風(fēng)壓衰減較為平緩，上隅角CO濃度未出現(xiàn)超限現(xiàn)象。均壓技術(shù)的實施有效控制了該礦CO濃度超限問題。

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