煤矿综采工作面高抽巷通风技术研究

2020-11-27王建君

商品与质量 2020年15期

王建君

山西省乡宁县应急管理局山西乡宁 042100

随着煤层地质赋存条件的差异，相应瓦斯气体含量差别较大，在未开采情况下，尽管煤层内的瓦斯气体压力可达十几兆帕，但由于地层结构和压力稳定，因此瓦斯状态比较稳定，主要以吸附或游离状态广泛存在。采煤过程中，巷道掘进、工作面回采、顶板垮落等都会引起较大的岩层结构变化，原有的压力平衡状态失稳，瓦斯气体在岩层和巷道内发生由高密度区向低密度区、由高压区向低压区的自发性扩散。

高抽巷是降低工作面回采过程中瓦斯浓度最为有效的手段，在高瓦斯矿井生产中得到广泛应用，其原理是在回采工作面顶板中，与回采工作面保持一定垂高、与回风巷相对平行且保持一定水平距离，沿工作面走向布置的抽放瓦斯通道。煤层采动后，采空区上覆岩层会因原有应力遭到破坏，在垂直方向由下至上形成垮落带、断裂带和弯曲下沉带，垮落带和断裂带统称为裂隙带。裂隙带的存在为采空区瓦斯运移和储存提供了通道和空间，也为高抽巷抽放瓦斯创造了条件，所以按照高抽巷工作原理，高抽巷一般布置在顶板裂隙带内，并且基于裂隙带瓦斯积聚位置选择高抽巷的最佳布置层位，即高抽巷布置的参数优化。

实践表明，合理的巷道通风布置可有效降低局部区域的瓦斯聚集，且为生产活动不断提供新鲜风流，因此井下通风设计对于煤矿安全生产尤为重要。本文所研究综采工作面采用传统的U 型通风方式，基本可满足生产需求，但仍存在回风隅角瓦斯浓度偏高等问题，为进一步提高生产过程的安全性和稳定性，本文将对通风方式的效果和巷道参数等进行研究[1]。

1 某矿采掘工作面概况

某煤业集团主要开采3#与15#煤层，瓦斯绝对与相对涌出量分别为63m3/min 和15m3/t，属于高瓦斯矿井。3#煤层为首采工作面，具有含量较大的瓦斯，加之受邻近煤层及采空区瓦斯涌出量的影响，短时间内虽然可以完成瓦斯的有效抽放，但采掘期间会出现有毒气体，因此应选择合理的通风方式，稀释有毒气体，改善矿井的工作环境，有效治理瓦斯。综合考虑各种因素，该矿决定采用并列双U 型通风方式。

2 常见通风方式优缺点分析

中央并列式通风方式，在应用过程当中的优势在于，进风井和回风井都设置在矿井的中间区域整个建设的周期相对较短、同时经济成本投入较低，煤矿开采的速率较快并且管理工作比较简单，但是存在的缺点是，矿井下的风流会产生折返式流动的状况，井底局部区域会存在漏风量较大以及新鲜风被污染等方面的问题。中央边界式通风结构的优势在于通风，结构内部的风体阻力相对较小，同时外部进来的新鲜问题不会受到不良污染，主要的缺陷问题在于分体的流动线路相对较长，同时风量的损耗量较大。

两侧对角式通风方式的优势在于整个通风系统内部的线路距离相对较短，并且主力较小所设定的安全出口相对较多，在煤矿的开采过程当中可以对抗到内部的风量大小进行有效的调节，充分保证煤矿井下风压的稳定性。但是这种通风形式具有的缺陷在于前期的经济投资相对较大，并且在井口附近区域范围内安全程度较低，同时压煤量过大[2]。

随着新阶段我国煤矿开采的深度不断上涨，在整个开采的强度上也在不断提升，煤矿巷道采空区范围内的瓦斯浓度越来越高，因为煤矿开采工作面和采矿区范围内存在的压力差，如果没有对采空区域范围内的结构进行良好的治理，那么采矿区当中的瓦斯会不断朝着煤矿开采工作面的方向上不断流动，直接造成了煤矿开采区域当中的瓦斯含量上涨，进而造成了不安全性事故的产生。

第一，在工作面碰到的五角范围内正对着一条进风巷道，由于进风行道的压力较大，在很大程度上有效抑制了工作面当中口角内部的瓦斯的流动，进而可以保证瓦斯可以从尾向区范围内流出，对整个开采工作面形成了良好的瓦斯抑制效果。

第二，因为进风巷区域范围内的压力不断上涨，依照风压平衡工作原理在采风区域范围内的漏风风流大部分都涌入到了回风巷道内部，随着回风流从风井当中的不断排出，在很大程度上改善了开采工作人员当中瓦斯含量过高等方面的问题。采用U+L 型进风方法，主要是以回风向瓦斯治理的方式作为出发点，有效运用风流来提高井下瓦斯的扩散以及运行的效率，降低了局部瓦斯的含量，有效避免了由于局部瓦斯含量过高，而对整个开采环境形成不良的影响。

3 高抽巷对瓦斯分布的影响分析

3.1 系统建模

以本文所研究综采工作面一进一回的U 型通风方式为例，经过结构简化后，在FLUENT 软件中建立其通风巷道模型，巷道参数按第1 节概况所述。另外，需假设采空区垮落岩石为非均匀多孔介质，冒落带孔隙率为0.25，裂隙带的孔隙率为0.1。另外，忽略通道内各种机械设备对气流的影响。

3.2 U 型通风方式模拟结果

在没有高抽巷的情况下，采空区内的瓦斯气体随风流在回风巷口聚集并排出，但由于回风隅角涡流的存在，该位置的瓦斯浓度不易控制，容易出现瓦斯聚集和偏高的情况，模拟发现，在靠近巷口位置的最高瓦斯浓度可达0.6%左右，低于停工临界浓度0.8%。但当开采至瓦斯富集浓度较高的煤层时，仍可能出现瓦斯浓度超限，并触发报警[3]。