矿井沿空留巷工作面瓦斯通风系统优化设计

龙源期刊网矿井沿空留巷工作面瓦斯通风系统优化设计作者：李虎星来源：《中国化工贸易·上旬刊》2019年第06期摘要：针对沿空留巷漏风严重问题，本文以某矿井沿空留巷工作面通风系统为研究对象，通过现场风量实测确定局部通风系统漏风集中区域。运用FLUENT建立数值计算模型，分析该区域瓦斯运移规律。同时基于上述研究成果，分析了Y型通风系统（两进一回）双进风巷不同进风配比对沿空留巷段漏风的影响规律，提出了“改变双进风巷进风配比解决沿空留巷漏风严重现象”的观念，为矿井实际通风系统优化改造提供理论依据。关键词：沿空留巷；通风系统优化；瓦斯运移；漏风1引言随着矿井开采力度的增大，矿井在水平横向延伸的同时逐渐向深部拓展，受地热和通风阻力增加影响，现有矿井通风系统难以满足安全生产需要。为此，结合矿井不同阶段的生产需要，构建高效的矿井瓦斯通风系统，是保证矿井安全生产的基础。本文以某矿井21015综采工作面为研究对象，通过对运输巷、轨道巷、沿空留巷段分别进行风量测定，同时运用FLUENT软件对采空区瓦斯浓度、风压及漏风情况进行模拟，分析沿空留巷工作面瓦斯运移规律。基于此，研究Y型通风系统双进风口不同进风量对沿空留巷漏风的影响规律，并确定双进风口最优的进风比例，对工作面通风系统进行优化设计。2矿井概况及工作面风量测定2.1矿井概况某矿井井田面积65.2km2，设计生产能力为8Mt/a。矿井开拓方式为平硐加斜井式，井下工作面布置方式为条带式。矿井主要开采煤层为8#、9#煤层。为提高资源回收率，采用沿空留巷技术对回采工作面巷道进行保留。原有的U型通风方式难以满足安全生产需要，须对原通风系统进行优化改造为Y型通风（两进一回），21015综采工作面通风网络示意图如图1所示。2.2风量测定21015综采工作面采用Y型通风方式，待工作面回采一段时间后，对工作面运输巷、轨道巷及沿空留巷段分别进行风量测定，测点布置具体如下：21015运输巷在开切眼处设置测点A1，向外每隔100m设置一点测点，编号依次为（A2，A3，A4…），共设置5个测点；21015轨道巷及沿空巷道段布置两个测点分别为B1和B2，对巷道各测点处进行数据监测，监测数据如表1所示。龙源期刊网可知，21015综采工作面运输巷在测点范围内最大漏风率为8.2%，最小为0.9%，而21015综采工作面轨道在测点范围内最大漏风率为8.0%。由此可知，该工作面局部通风系统漏风较为严重，漏风主要区域集中在21015综采工作面回采煤壁处（靠近采空区）和21015综采工作面沿空留巷尾部（靠近工作面切眼处）。3Y型通风采空区瓦斯运移规律研究3.1Y型通风采空区瓦斯运移分布特征根据该矿21015综采工作面通风网络示意图，运用FLUENT软件建立Y型通风采空区数值计算模型，分别对采空区瓦斯浓度、风压及漏风情况进行模拟运算，运算结果如下所示。3.1.1Y型通風采空区瓦斯浓度分布规律如图2所示为Y型通风采空区瓦斯浓度分布模拟运算结果，从图中可以看出，随着21015综采工作面倾向距离的增加，采空区瓦斯浓度较低且变化不大；而随着工作面走向距离的增加，采空区瓦斯浓度逐渐增大。此外，根据采空区瓦斯浓度分布云图可知，工作面上隅角瓦斯浓度超限，说明目前21015工作面运输巷和轨道巷进风量不能满足矿井安全生产需要，必须增加巷道进风量，解决工作面上隅角瓦斯超限问题。3.1.2Y型通风采空区风压等值线分布规律如图3所示Y型通风采空区风压模拟运算结果，从图中可以看出，21015综采工作面沿空巷道出口区域风压最低，工作面运输巷和轨道巷进风口处风压最高，沿着采空区走向采空区内部风压呈现明显的递减趋势。3.1.3Y型通风采空区漏风流线分布规律如图4所示Y型通风采空区漏风流线模拟运算结果，从图中可以看出，采空区内漏风流线分布状态具有一定的规律性，且漏风流线分布云图呈现明显的圆弧型（四分之一）。模拟结果显示，21015工作面轨道巷处的采空区内漏风最为严重，随着工作面向前推进，采空区内部漏风趋势逐渐减小，漏风流通过沿空巷道进入采空区内。3.2Y型通风风量配比模拟两进一回的Y型通风方式通过双巷道向工作面提供新鲜风流，使工作面上隅角及沿空留巷段瓦斯浓度在安全值以下，达到了矿井安全生产需要。但是Y型通风方式由于巷道布置方式的特殊性，导致工作面提前掘出的巷道在回采过程中，巷道围岩受采动影响，围岩完整性较差。在通风过程中工作面向采空区漏风严重，容易造成采空区散落煤块自然现象的发生，存在安全隐患。因此，在矿井总进风量一定的前提下，合理控制双巷进风配比，可以有效控制工作面向采空区漏风。龙源期刊网软件建立数值计算模型，分别对21015工作面运输巷道和轨道巷进风风速设定，具体如下：①轨道巷平均风速1.5m/s；运输巷平均风速1.5m/s；②轨道巷平均风速2m/s；运输巷平均风速1m/s；③轨道巷平均风速2.25m/s；运输巷平均风速0.75m/s，分别模拟不同风量配比下采空区向沿空留巷段漏风特征。在矿井总进风量一定的前提下，分析轨道巷和运输巷进风量分别为1：1、2：1和3：1时，垂直工作面方向采空区向沿空留巷段漏风速度变化曲线如图5所示。由上图可知，随着轨道巷和运输巷进风配比增大，采空区向沿空留巷段漏风速度特征曲线变化趋势基本相同，距工作面越远漏风量越小。通过分析可知，Y型通风（两进一回）方式在矿井总进风量一定的前提下，轨道巷进风配比所占比重较大时，工作面两端和沿空留巷段巷内气压差增大，会出现采空区漏风量增大现象。因此，合理降低轨道巷进风配比对于实现沿空留巷工作面通风系统优化具有良好的可操作性。4结论本文通过对某矿井沿空留巷工作面通风系统进行研究，分析了Y型通风（两进一回）方式沿空留巷工作面瓦斯运移规律，并通过数值模拟软件进一步分析了Y型通风系统双进风巷不同进风配比对沿空留巷段漏风的影响规律，通过改变进风配比对沿空留巷工作面通风系统进行优化。参考文献：[1]郑宁来.2020年煤炭将成为全球主要能源[J].炼油技术与工程，2014，44（03）：17.[2]刘小术.凉水井煤矿多煤层开采通风系统优化研究[D].西安：西安科技大学，2017.[3]冯普金.Y型通风回采工作面采空区流场和瓦斯分布规律研究[D].焦作：河南理工大学，2012.[4]索亮.沿空留巷Y型通风工作面瓦斯运移规律及其应用[D].西安：西安科技大学，2014.