常村煤矿2105工作面漏风测定分析

2019-12-12王坤

煤 2019年12期

王坤

(潞安环能股份公司常村煤矿，山西长治 046102)

采场是一个复杂空间，由两部分组成，一部分是进行生产活动的空间，称为通风空间；另一部分是有着大量陷落岩块、充填物的采空区空间，也叫漏风空间。当新鲜风流流经工作面，部分风流便会进入连通的采空区，造成采空区漏风，并且由于高抽巷的存在使漏风状况更加复杂[1]。采空区漏风很大程度上造成工作面上隅角瓦斯积聚，瓦斯超限等问题时有发生，严重威胁矿井安全生产，采取经济、高效、安全的方式防止瓦斯积聚是工作面生产中亟需解决的问题，因此，有必要了解工作面漏风规律，进行工作面压能分析及漏风测定，为采空区及上隅角瓦斯治理奠定基础[2-3]。

1 工作面概况

常村煤矿2105工作面北接470东翼辅运大巷及470东翼进风大巷，东邻S3-9工作面，南邻S3采区轨道下山延伸段，西邻S3-13工作面。地面标高为+935.5～+941.4 m，煤层底板标高为+429～+445 m，埋藏深度介于456.3～512.5 m之间。工作面采用U+高抽巷布置方式，高抽巷与轨道巷水平距离25 m，由破岩3 m至位于煤层顶板上方15～31 m，于工作面回采前进行封闭抽采。工作面可采长度849 m，倾斜长300 m，斜面积233 475 m2，平均煤厚5.96 m，煤炭可采储量181.1万t。总体构造形态为单斜构造、东低西高，煤层倾角0～6°，煤层无自燃倾向、煤尘具有爆炸性。

2 工作面压能分析及采空区漏风测定

2.1 工作面压能测定

2.1.1 气压计法

基于气压计法对2105综放工作面的压差分布进行测定，是指用精密气压计测出工作面沿途两测点间的相对静压差，再加上动压差和位能差，得出工作面测定路线上的压能分布。

由能量方程知：

(1)

2.1.2 测点布置及步骤

在工作面布置测点时，为了方便统计测点距离下隅角的距离，以液压支架号为单位进行布点，液压支架序号如图1所示，胶带巷进风口支架序号为1号，高抽巷下方对应液压支架编号为180号，轨道巷对应液压支架序号为200号。每隔十架布置一个测点，其中在胶带巷及回风巷附近多布置一个测点，共布置20个测点。

图1 2105工作面支架编号

测试步骤：

1) 将一个精密气压计布置在200号支架位置，作为基点；

2) 另外一个人员带着精密气压计沿着工作面行走，到达规定位置时读取精密气压计的差压值、温度和湿度值；

3) 通过基点大气压数据校正大气压波动引起的测量值变化；

4) 通过查找等高线图和温湿度表，校正位压差引起的差压值。

2.2 工作面漏风测定

2.2.1 示踪气体法测漏风原理

对于U型通风而言，工作面延程为连续正压漏风，如图2所示。因此，需要在上风向连续布置示踪气体释放点R1，R2，…，Rn，并在各点连续稳定地以速率q(m3·min-1)释放示踪气体，由于延程风量不断减少，示踪气体浓度不断增大，因此，在下游设置固定采样点后，得到的示踪气体浓度曲线呈阶梯状上升[4-5]。假设采样点接收到的示踪气体浓度分别为C1，C2，…，Cn，则由于基底气体的减少，示踪气体所接收到的浓度信号趋势为：C1

(2)

图2 连续正压漏风测量示意

示踪气体释放点与采样点的间距根据公式(3)计算：

(3)

式中：L为示踪气体释放点与采样点间的距离，m；S为工作面断面积，m2；U为工作面周界长度，m。

2.2.2 测点布置

2105工作面SF6示踪气体释放点和实时监测点布置如图3所示。

图3 2015工作面漏风测点布置

图中字母a～f为SF6释放点位置，数字1～6为相对应的监测点位置，其中1～6监测点相邻两点之间的间距为40 m。为了保证释放SF6顺序不会影响下一组的测量，因此，应该采用“后退式”释放及测量，即按照SF6释放点的序号顺序进行释放及监测。

2.3 结果与分析

通过对工作面风压压能测定数据进行整理和分析，将工作面风流方向沿程相对压力变化数值汇总为图4所示。

图4 工作面风流相对压力分布

由于工作面不同位置的摩擦阻力系数可以认为基本一致，因此，根据通风阻力计算公式H=RQ2可知，如果工作面没有向采空区漏风或者采空区不向工作面漏风，则工作面的压力下降应该为线性变化，即其线性变化斜率为R。

通过分析图4可知，工作面由长切眼下隅角至其240 m时，工作面压降逐渐减缓，说明工作面风量逐渐减小，工作面漏风方向为工作面向采空区内漏风，由240 m至300 m处工作面压差迅速下降，因此，可以判定，该部分为采空区向工作面内漏风。

在工作面压能分析的基础上，通过对漏风测定数据进行整理和分析，将SF6浓度的差值换算为两相邻测点之间的风量变化量，如图5所示。

图5中的“+”代表工作面向采空区内漏风，“-”代表采空区向工作面漏风。通过2105工作面漏风实测可知，工作面胶带巷进风口方向前60 m范围内漏风较少，仅向采空区内漏进30 m3/min的风；切眼进风流方向第180～240 m范围内，由于高抽巷的抽采作用，漏风量较大，达到255 m3/min；240～300 m范围内为采空区向工作面的漏风有145 m3/min。