关于U+L两进一回通风方式风量配比研究

2017-05-06于发东张清勇

中国高新技术企业 2017年4期

于发东　张清勇

摘要：煤炭开采量不断增加，瓦斯涌出量也不断增加，由于瓦斯积聚带来的安全问题越来越严重，因此探索新的通风方式刻不容缓。我国出现最早的是U型通风系统，但是U型通风方式已不能满足煤炭开采的安全需求。U+L两进一回通风方式是在U型通风方式的基础上而改良的一种方式。文章对U+L型通风方式的风量配比进行了研究。

关键词：U+L；两进一回；通风方式；风量配比；瓦斯涌出量；煤炭开采文献标识码：A

中图分类号：TD724 文章编号：1009-2374（2017）04-0152-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.04.077

1 概述

在开采煤炭的過程中，随着开采深度的增加，开采工作面的支架会不断前移，当前移到一定程度时，支架后方的顶板则会由于地压的作用而自然垮落，垮落的岩石碎块及煤块堆积便会形成采空区。在进行通风时，风流会因为压差的作用而进入到采空区，从而导致采空区漏风，这样一来便会产生采空区自然发火、系统上隅角瓦斯聚集爆炸等安全隐患。随着煤炭开采技术的发展，人们对开采工作安全性的关注度越来越高。U+L两进一回的通风方式很好地改善了U型通风方式瓦斯积聚的问题，是当前应用最为广泛的通风方式。风量配比直接决定着通风方式的性能，不同比值的进风量对采空区流场及瓦斯的运移都有着不同程度的影响，下面我们主要根据U+L两进一回通风方式的特点对其最佳风量配比进行研究。

2 关于U+L两进一回通风方式

2.1 概念

U+L型两进一回通风方式是一种在煤炭采集工作面的上下共设置“两进一回”三条风巷，将其中一侧设为主进风口，另一侧的两条巷道分别设为副进风口及专用排瓦斯尾巷，从而通过这三条风巷实现矿井下的通风管理的通风方式。U+L两进一回通风方式适用于瓦斯涌出量较大的开采工作面。

2.2 原理

U+L两进一回通风方式的工作原理为：当主、副进风巷同时进风时，副进风巷靠近工作面的那一端的部分会变为回风巷，尾巷与回风巷之间每隔一定距离（一般为60～100m）施工联络巷，并予以封闭。随着工作面的前移，滞后于工作面的联络巷会依次打开，流经工作面的污风及少量采空区的漏风则会通过回风巷与联络巷进入到瓦斯尾巷，从而完成采空区瓦斯的排放。

2.3 优点

U+L两进一回通风方式不仅增加了开采工作面的风排瓦斯量，并且有效地改善了U型通风系统上隅角瓦斯积聚的问题。这种通风方式凭借着风量少但排放瓦斯量大、安全性高的优点，在高瓦斯矿井工作中得到了较为广泛的应用。

3 U+L两进一回通风方式风量配比的研究

风量配比主要是指主副进风的风量比，风量配比在尾巷中瓦斯浓度的控制中发挥着重要的作用。合理的风量配比不仅能保证工作面有充足的通风量，同时也能使回风巷及尾巷的瓦斯浓度保持在规定的范围之内。

3.1 U+L两进一回通风方式风量的计算

一般来说，瓦斯涌出量分为从开采工作面涌出的瓦斯量和从采空区涌出的瓦斯量，所以U+L两进一回通风方式的风量计算为：

那么U+L两进一回通风方式的总进风量为：

式中：a是指开采工作面瓦斯涌出量的百分比（%）；b是指采空区瓦斯涌出量的百分比（%）；q是指U+L两进一回通风方式的绝对瓦斯涌出量（m3/min）；k1是指开采工作面瓦斯涌出的不均衡系数（为正常生产条件下连续一个月内，日最大绝对瓦斯涌出量与月平均瓦斯绝对涌出量的比值，一般取值为1.2～2.1）；k2是指开采工作面的漏风率（即为从工作面漏向采空区的风量和工作面进风量的比值，%）；x是指工作面的瓦斯浓度（%）；y是指尾巷的瓦斯浓度（%）。

3.2 不同风量配比情况下采空区的漏风状况

由于采空区内垮落的碎石岩块及煤块会受到各种因素的影响，在空间中的分布并不是均匀的，从而松散煤块中的流场比较复杂。当把采空区内的风流看作是不可压缩流体在三维空间的非线性渗流时，其定律公式为：

式中：E是指渗透率（m2）；是指压力坡度；v是指运动粘性系数（m2/s）；Dm是指平均调和粒径；V是指采动裂隙椭抛带的风速（m/s）；n是指采动裂隙椭抛带的孔隙率；是指渗流速度（m/s）；g是指重力加速度；β是指多孔介质粒子形状系数。

根据质量守恒定律及流体动力弥散定律可得，瓦斯在采空区中的动力弥散方程为：

式中：c是指采空区内的瓦斯质量浓度（g/cm3）；Dy是指动力弥散系数的分量（m2/s）；ui是指平均流速向量的分量（m/s）。

由式（1）至式（6）可知，当工作面的总进风量Q3值一定时，当主进风和副进风的风量配比为2∶1时，副进风巷不仅风量较大，而且能位也比较高，而主进风巷的压差较低，从而导致工作面漏向采空区的风量较大，通过工作面的风量较少，使得系统上隅角内的瓦斯无法扩散；当主进风和副进风的风量配比为3∶1时，副进风巷端头的能位高于采空区内的能位，因此副进风巷与采空区之间便形成了一定的压差，使得系统上隅角的瓦斯会向采空区内移动。另外，由于此时主副进风巷之间的能位差较大，因此工作面漏向采空区的风量较少或无，通过工作面的风量则较大，副进风巷端头的瓦斯也可以被扩散。在此种风量配比下，系统上隅角的瓦斯浓度将会被控制；当主副进风巷的风量配比为4∶1时，主副进风巷之间虽然会形成相应的压差，但是这种压差会使得工作面漏向采空区的风量大大增加，再加上副进风巷此时的能位较采空区内低，上隅角积聚的瓦斯则会向副进风巷涌出，那么副进风巷端头的瓦斯浓度则会偏大，瓦斯积聚的问题仍然得不到解决。综上所述，我们可以得出结论，当U+L两进一回通风方式的风量配比为3∶1时，可有效地改善瓦斯积聚的问题，从而提高矿井作业的安

全性。

4 结语

随着矿井产量的增加，开采工作面的瓦斯涌出量也随之不断增加，采空区漏风及空间通风不仅会影响矿井的生产及建设，也会造成严重的安全隐患。据统计，矿井瓦斯爆炸及瓦斯突出是煤矿开采过程中最严重的灾害事故，不仅会严重破坏矿井设施，还会造成严重的人员伤亡，因此加强对瓦斯危险性的控制及消除是很有必要的。本文通過具体的分析，发现当主副进风量的风量配比为3∶1时，U+L两进一回的通风效果最好，安全性最高。因此，在具体的煤炭开采过程中，相应负责人员应先通过精确的模拟实验进行最佳风量配比的探究，这样才能控制瓦斯的大量积聚，提高施工的安全性。

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