高瓦斯易燃煤层综放面风量优化技术研究

梅 勇

0 引言

近年来，随着国民经济的不断发展与采矿技术的提高，国内综放面的规模和产量得到一定提高，工作面的日单产甚至最高达到了50 kt[1]。目前，国内相关矿井已采取布置单尾巷或双尾巷的通风方式解决大采长综放面瓦斯排放问题并取得一定成效，但高瓦斯易燃煤层在布置双尾巷后使得工作面风量分配等回采参数随之改变。因此，对大采长、布置双尾高瓦斯综放面风量进行优化，确保大采长高瓦斯易燃煤层综放面高效安全生产。

1 大采长、双尾巷K8202综放面概况

K8202工作面位于阳煤集团三矿15号煤层，工作面走向长1 334 m，倾斜长260.4 m，面积0.347 km2。采用“四六”制作业制度，三班生产，一班检修。年工作日为300 d。工作面循环进度为0.8 m，日循环个数4个，日进3.2 m，月进96 m。煤层平均厚度为6.39 m，工作面长 260.4 m，循环产量1661.89 t，日产量6 647.56 t，生产能力核定定为19.943万t/月。工作面服务年限为14个月。通风系统如图1所示。

综放面正常回采期间绝对瓦斯涌出量 16.26 m3/min～65.16 m3/min之间。煤自燃倾向性为Ⅰ类，属容易自燃煤层。最短自燃发火期23 d，煤层自燃发火频繁[2]。采空区自燃“三带”分布为:散热带宽度为0 m～13 m左右，氧化带宽度13 m～43 m左右。瓦斯与火共存，给工作面的安全生产造成巨大的威胁。

2 矿井通风系统的合理性、可靠性分析

分析矿井通风系统的合理性、可靠性，有利于工作面风量优化结果更加合理。

1)矿井通风方式及通风系统对矿井安全的保证程度和措施:阳煤三矿采用抽出式通风方式，此方式使井下风流处于负压状态，当主扇因故停止运转时，井下风流压力的提高可抑制采空区瓦斯的涌出，是国内外矿井最常用的一种方式。矿井采用分区式通风系统，各分区有独立的通风线路，互不影响，并都设有专用回风巷道，通风设施齐全，该通风系统可保证井下各用风地点正常通风。本系统对于该矿井是合理的。2)矿井风量与通风网络对安全的保证程度:矿井风量根据《煤矿安全规程》按实际需要量计算及分配，在生产过程中经常测量各用风地点风量及各种参数，及时调整风量。3)矿井安全出口及保证措施:4个安全出口，分别为副立井、联合材料斜井、联合进风井及东西畛进风井。安全出口内均设置行人台阶或梯子间可用于人员上下。4个井筒是井下通往地面的4个安全出口，只要进行定期检查维修，这些安全出口的安全性就是有保障的。

3 K8202综放面一般风量考察

3.1 K8202综放面风量核算

K8202综放面配风量根据工作面最大班工作人数、稀释割煤及放煤后涌出的有害气体，确保工作面有适宜作业的空气环境。配风量按上述要求分别计算，并选取其中的最大值为工作面一般风量，核算结果[3]如下:

工作面同时工作最多人数:

其中，Q矿为工作面风量，m3/min;4为人均每分最低需风量，4 m3/min;N为工作面同时最多人数，N=120人。

工作面瓦斯涌出量:

其中，Q采为回采工作面实际需要风量，m3/min;qCH4为工作面平均绝对瓦斯涌出量，10 m3/min;K为工作面瓦斯涌出不均衡系数，一般取1.2～2.1，取K=1.55。

工作面气温与风速关系:

其中，Q采为工作面实际需风量总和，m3/min;V为工作面风速，取 V=2.0 m/s;S为工作面的平均断面积，7.8 m2。

从以上分类计算中取其最大者，则Q采=1 550 m3/min。在工作面风量核算最大风量为2 000 m3/min以内。

3.2 K8202综放面风量验算

根据《煤矿安全规程》规定对综放工作面所需风量进行验算。其中工作面顺槽最大净断面积S=13.5 m2，工作面巷道最小净断面积 S=8.36 m2。

1)按工作面满足最低风速要求验算:Q采≥0.25×60×8.36=125.4 m3/min，符合要求。2)按工作面满足最高风速要求验算:Q采≤4×60×13.5=3 240 m3/min，符合要求。故 K8202综放面最大风量取1 550 m3/min，符合要求。

4 K8202综放面风量优化技术研究

在风道断面优化理论[4]基础及矿井通风网络优化理论[5]基础上，结合通风量考察，本节对15号煤层大采长、双尾巷高瓦斯易燃煤层综放面K8202风量进行优化。

根据工作面实际情况，结合工作面历史风量分配和瓦斯浓度情况，利用最优化软件求解并分析得出工作面风量优化结果。K8202工作面2009年 6月 4日～2009年7月14日的最大风量、最小风量、平均风量、最大瓦斯浓度、最小瓦斯浓度、平均瓦斯浓度统计结果见表1。

表1 K8202工作面风量瓦斯统计表

K8202工作面最小瓦斯涌出量为50.32 m3/min，最大瓦斯涌出量为167.05 m3/min，平均瓦斯涌出量为 123.37 m3/min，平均瓦斯抽放率为89.98%。

工作面瓦斯涌出量计算公式:

其中，Q为工作面瓦斯涌出量，m3/min;¯Q为工作面统计平均瓦斯涌出量，m3/min;C为工作面瓦斯涌出不均衡系数，取1.4。

按上式计算，工作面K8202的瓦斯涌出量为172.72 m3/min。

根据工作面的历史瓦斯数据和风量数据，结合矿井实际情况对工作面风量进行优化。

按最优化软件的要求，结合工作面风量优化基础数据，采用全局最优化软件对其进行优化，优化结果见表2。

表2 K8202工作面风量优化结果

5 结语

1)在考虑瓦斯涌出量的不均匀性，结合巷道允许的最大瓦斯浓度进行工作面风量优化，所取参数符合现场实际情况，优化结果是合理的。2)根据K8202工作面煤最短自然发火期与氧化带到工作面的距离可以得出，保证综放面自燃防治安全的最低月推进度为56 m。3)工作面自燃防治与瓦斯治理相反，工作面风量只要不高于该风量，就能达到煤层自燃防治效果。4)增大工作面的风量，会增加采空区、支架顶煤及尾巷附近松散煤体的自燃危险性，应加强自燃预测预报和防治工作。

[1] 游 浩，李宝玉，张福喜.阳泉矿区综放面瓦斯综合治理技术[M].北京:煤炭工业出版社，2008:3.

[2] 阳泉三矿K8202工作面煤样最短自燃发火期实验报告[R].重庆:煤炭科学研究总院重庆研究院，2009.

[3] 黄元平.矿井通风[M].徐州:中国矿业大学出版社，2003.

[4] 张国枢.矿井实用通风技术[M].北京:煤炭工业出版社，1992.

[5] 陈开岩.矿井通风系统优化理论及应用[M].徐州:中国矿业大学出版社，2003.