孤岛开采对矿井通风系统的影响性研究

刘晓玲，宋海燕，陈继涛

(青岛黄海学院，山东 青岛 266427)



孤岛开采对矿井通风系统的影响性研究

刘晓玲，宋海燕，陈继涛

(青岛黄海学院，山东 青岛 266427)

针对某煤矿孤岛A工作面回采后孤岛面供风困难、向邻近采空区C的漏风量增加、矿井局部巷道阻力显著增大等问题，对矿井通风基础数据进行测定分析与模拟，建立可靠的风网解算模型；利用计算机网络模拟软件对孤岛A工作面回采后矿井通风系统进行模拟解算，根据解算结果制定孤岛A工作面回采后矿井通风系统优化方案。由此，对孤岛开采下的矿井通风系统通风困难及采空区火灾防治提供了技术指导。

孤岛工作面；采空区；风网模拟；系统优化

工作面通风系统作为矿井通风系统的一部分，其合理与否不仅影响工作面的风量分配，发生事故时的风流控制，生产的顺利完成，而且影响全矿的通风质量和安全状况[1]。在矿井孤岛开采过程中，工作面需风量将逐渐增加，进、回风巷的压力逐渐增大，孤岛采面向邻近采空区的漏风量逐渐增加，采空区遗煤的自燃特性表现得愈加强烈，因此，合理调整孤岛工作面与矿井通风系统就显得尤为重要。本文通过对矿井现有通风系统进行基础参数收集、测定，建立可靠的风网模型；利用风网模型对孤岛工作面回采前、后矿井通风系统进行分析，设计合理的优化方案。研究工作对保障矿井通风系统安全有效运行具有重要的指导意义。

1　孤岛工作面通风系统分析

某煤矿通风方式为中央并列式，通风方法为抽出式，副井进风，主井回风。总进风量5412m3/min，

总回风量5490m3/min，总排风量5832m3/min，矿井等积孔2.7m2，通风机房水柱计读数1960Pa，通风能力满足生产要求。A掘进工作面位于-630m水平六采区上部，南邻B综放工作面采空区，北邻C综放工作面采空区，为孤岛工作面。工作面最大倾角可达28o，走向长度为1150m左右；煤层底板标高为-600～-660m，平均为-630m；煤层局部含夹矸，煤层结构较简单，中等硬度；工作面现已形成A第一轨道巷、A第一胶带巷、A第二胶带巷，形状不规则，中间有断层穿过，回风路线较长。

A掘进工作面现需风量为11m3/s。根据矿井设计，A工作面正式回采后工作面需风量为16m3/s。届时，工作面进、回风巷通风阻力增大，孤岛工作面与相邻采空区的隔离煤柱受压变形，则进、回风巷与相邻采空区之间的风压差也将变大，导致向采空区的漏风量变大，造成邻近采空区防灭火任务更加严峻[2-4]。

2　基础参数的测定分析与模型建立

2.1基础参数的测定分析

为准确获取该煤矿通风阻力参数，根据孤岛A工作面通风系统现状和通风阻力测定标准要求，选择一条风流路线长、风量大、包含较多测点的主测路线，采用逐点测定法[5-6]，完成了井下实测工作。测定路线如图1所示，测定结果见表1。

图1　矿井测定线路

巷道阻力值/Pa比例/%进风段1～6627.6431.8用风段6～12207.5810.5回风段12～311138.6657.7总计1973.88100.0

由表1可知，孤岛A工作面回风路线较长，通风阻力占总阻力的57.7%，回风段能耗损失较多；进风段阻力占总阻力的31.8%；用风段阻力较小，仅占总阻力的10.5%。因此，需考虑对A工作面进、回风段进行适当减阻处理，以保障对A工作面的后期供风需求。

2.2基础参数模型的建立

为保证后期孤岛A工作面优化设计能够准确反映矿井通风系统的实际情况，需建立准确可靠的风网解算模型[7]。将基础测定参数输入计算机网络模拟解算软件，进行矿井风网模拟。根据模拟解算结果，作出基础参数测定时期与参数模拟时期巷道阻力差值曲线，如图2所示。

图2　优化前后阻力差值对比

由图2可知，对阻力测定时期与模拟时期各分段巷道阻力值进行残差分析：阻力测定时期分支巷道阻力值与模拟时期分支巷道阻力值的最大变化值小于2Pa，且二者之差在横坐标上下浮动值较小，基本趋于0值[8-10]。因此，本次解算结果可靠，各类巷道通风参数可作为通风系统优化及后期预测的依据。

3　孤岛面回采后风网解算及结果分析

孤岛A工作面回采后，为保证工作面的安全生产，工作面需风量将增加至16m3/s，矿井其他用风地点风量不变。现根据所建立的风网模型，将孤岛面A用风量改为16m3/s，进行计算机网络模拟解算。根据解算结果作出孤岛工作面A回采前后进、回风巷道各分支的阻力分布柱状(图3)及各分支巷道回采后阻力增加比重(图4)。

图3　工作面A回采前后进、回风巷各分支的阻力分布

图4　各分支巷道回采后阻力增加比重

由图3和图4可知，孤岛A工作面回采后随着用风量的增加进回风巷道阻力值明显增大；其中，主副井阻力增加比重为11%，主要进回风大巷阻力增加比重为12%，采区进、回风巷巷道阻力增加比重为22%，孤岛A工作面进、回风巷道阻力增加所占比重最大，达到112%。孤岛面A解算阻力值为-773.4Pa，孤岛面A供风困难。

如图5所示，由于孤岛A工作面回采后进、回风巷阻力增加比重都为112%，故采空区C密闭点a，b，c阻力增加比重也为112%，根据现场实测数据及孤岛A工作面回采后模拟数据，利用公式：

(1)

h1/h2=1.12

(2)

式中，h1，h2为回采后与回采前的阻力值，Pa；P1，P2为1点和2点的大气压力值，Pa；ρ1，ρ2为1点和2点的空气密度，kg/m3；V1，V2为1点和2点的巷道断面平均风速，m/s；Z1，Z2为1点和2点对基准面的标高，m；g为重力加速度，m/s2。

图5　孤岛A工作面简图

由公式(1)、(2)可知，孤岛A工作面邻近采空区C密闭点a，b，c的内外相对压力变化情况分布见表2。

表2　密闭点的内外相对压力变化情况分布

由表2可知，孤岛A工作面回采后与邻近采空区C工作面密闭点内外压差由“内大外小变为外大内小”，且压差绝对值变大，即原来由采空区向外部漏风变为外部向采空区漏风，且漏风量变大；因此，应加强对邻近采空区的防灭火管理工作。

4 矿井通风系统优化设计

4.1方案制定

针对孤岛A工作面回采后进、回风巷道阻力增大、工作面供风困难以及邻近采空区C密闭点内外相对压力差发生反向且绝对值变大等问题，需对孤岛A工作面回采后计算机网络解算数据进行优化处理；根据图3孤岛A工作面回采前后进、回风巷道阻力分布柱状图的分析结果，制定矿井通风系统优化方案，具体措施如下：

(1)随着后续开采计划的进行，封闭矿井通风系统八采区的一个回采工作面，八采区原有用风量33.3m3/s变为21.3m3/s。

(2)调节矿井通风系统内部通风设施，减少矿井内部漏风量。

(3)对行人的回风井口设置的风门质量要严格把关并经常检查，由于风门两端风压差很大，当有裂隙时漏风相当严重；对不行人的回风井口要封闭好(此密闭即是防爆门)。

4.2模拟优化

对矿井通风系统采取以上措施后，将孤岛A工作面回采后数据重新输入计算机网络模拟解算软件，根据模拟结果绘制基础参数测定时期、孤岛A工作面回采后优化前后巷道阻力分布折线，如图6所示。由解算数据可知：

(1)孤岛A工作面回采后，回采工作面进、回风巷阻力较回采前及阻力测定前明显增大，但总体趋势保持一致，孤岛A工作面供风量为16m3/s，风量满足要求。

(2)孤岛A工作面回采后，矿井主要进、回风巷阻力与回采前基本相同、总体变化趋势一致，矿井其他用风地点供风正常。

(3)孤岛A工作面回采后，采空区C密闭点内、外相对压力与回采前无变化，对采空区C的防灭火工作应继续加强。

(4)孤岛A工作面回采后，矿井风机工况风量为87.62m3/s，风压为2184.135 Pa。

图6　孤岛A工作面各阶段进回风巷分支巷道阻力分布

5　结　论

主要对矿井孤岛面开采时期风量不断变化下的矿井通风系统进行优化设计，得出如下结论：

(1)通过对某煤矿通风系统基础参数的测定与模拟分析，绘制基础参数测定时期与参数模拟时期各分支巷道阻力差值折线图，由图形可知：阻力测定时期分支巷道阻力值与模拟时期分支巷道阻力值的最大变化值小于2Pa，且二者之差在横坐标上下浮动值较小，基本趋于0值。因此，所建风网模型可靠。

(2)利用所建立的风网模型对孤岛A工作面回采后矿井通风系统重新进行计算机网络模拟解算，孤岛A工作面进、回风巷阻力增加112%，工作面阻力为-773.4Pa，供风困难，孤岛A工作面回采后与邻近采空区C工作面密闭点内外压差由“内大外小变为外大内小”，且压差绝对值变大，即原来由采空区向外部漏风变为外部向采空区漏风，且漏风量变大。

(3)针对孤岛A工作面回采后存在的问题，提出封闭八采区一个回采工作面、减少内部漏风、回风井口风门加强管理等措施；对矿井通风系统采取措施后进行模拟解算，各用风地点供风正常，矿井主要进回风巷阻力分布合理，但孤岛A工作面对采空区C密闭点内、外相对压力依然存在影响，对采空区C的防灭火工作应继续加强。

[1]张国枢.通风安全学[M].徐州：中国矿业大学出版社，2011.

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[责任编辑：邹正立]

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

山东省高等学校科技计划项目(J15LB56)

刘晓玲(1984-)，女，内蒙古赤峰人，硕士，讲师，研究方向为信息与通信工程。

TD722

A

1006-6225(2016)05-0021-03

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

[引用格式]刘晓玲，宋海燕，陈继涛.孤岛开采对矿井通风系统的影响性研究[J].煤矿开采，2016，21(5)：21-23，28.