劉如鐵,張繼高

(1. 北京科技大學(xué)金屬礦山高效開采與安全教育部重點實驗室，北京 100083；2. 河北工程大學(xué)，河北 邯鄲 056038)

1 概述

對采空區(qū)瓦斯進行抽放，常用的抽放方法有：密閉抽放、插管抽放、向冒落拱上方打鉆抽放、在老頂巖石中打水平鉆孔抽放、高位抽放、直接向采空區(qū)打鉆抽放、頂板尾巷抽放、地面鉆孔抽放等多種形式。由于邯鄲某礦區(qū)屬于高瓦斯礦井，大多采用瓦斯抽放量和瓦斯抽放率較高的高位抽放(高位巷道和高位鉆孔)形式，本文主要對高位巷道抽放進行研究。

走向高抽巷是沿工作面軌道順槽內(nèi)錯一定距離在頂板上掘進一條走向巷道，將抽放管路與巷道連通，裂隙中的瓦斯流入高位抽放巷道被抽出。走向高抽巷布置如圖1所示。

圖1 走向高抽巷布置圖

走向高抽巷位置的選取及抽放系統(tǒng)密封性的好壞，都將直接影響其瓦斯抽放量和瓦斯抽放濃度，是走向高抽巷設(shè)計的兩個重要參數(shù)。

2 走向高抽巷抽放位置的確定

根據(jù)回采工作面礦山壓力顯現(xiàn)規(guī)律，煤層隨著工作面推進，在其周圍形成一個采動壓力場，在采動壓力場及其周圍形成冒落帶、裂隙帶和彎曲下沉帶。將走向高抽巷布置在不同區(qū)域，其抽放效果不一樣。彎曲下沉帶由于裂隙形成不好，而冒落帶又存在致命缺點，都不適于布置高抽巷。依據(jù)分析，走向高抽巷位置應(yīng)布置在裂隙帶中下部，但裂隙帶的高度由經(jīng)驗公式計算只是一個范圍，為了找出高抽巷的最佳抽放位置，采用FLUENT軟件對走向高抽巷進行了數(shù)值模擬。

2.1 垂直高度位置的確定

為了確定合理的垂直高度，選取高抽巷(巷中)傾斜方向距工作面上風(fēng)巷(巷中)為10m、14m、18m、22m、26m時，分別對垂高(工作面底板到高抽巷底板的距離)為16m、20m、24m、28m和32m進行數(shù)值模擬，模擬后發(fā)現(xiàn)當(dāng)垂高為20m時效果最好。

由數(shù)值模擬可以看出，不同垂直高度時，走向高抽巷抽放效果，當(dāng)垂直高度為20m時，高抽巷瓦斯?jié)舛冗_到30%，且上隅角瓦斯?jié)舛容^小，僅為0.7%，因此走向高抽巷垂直高度應(yīng)取20m比較合適。

圖2為不同垂直高度時，走向高抽巷瓦斯?jié)舛惹€圖。從圖2可以看出，高抽巷應(yīng)布置在裂隙帶中下部，但不能布置太低，如太低反而效果不好，原因主要是布置太低，抽放巷道將會與采空區(qū)連通，漏風(fēng)增加，導(dǎo)致抽放瓦斯?jié)舛冉档汀?/p>

圖2 走向高抽巷垂高不同時上隅角瓦斯?jié)舛?/p>

2.2 傾斜方向位置的確定

為確定合理的傾斜方向位置，選取高抽巷垂高為20m時，分別對距工作面上風(fēng)巷距離為10m、14m、18m、22m和26m的位置進行數(shù)值模擬(表1)。

表1 傾斜方向不同水平距離時走向高抽巷抽放效果對比表

由數(shù)值模擬可以看出，傾斜方向不同水平距離時走向高抽巷抽放效果，當(dāng)水平距離為14m時，高抽巷瓦斯?jié)舛冗_到30%，且上隅角瓦斯?jié)舛容^小，僅為0.7%，因此傾斜方向水平距離取14m較合適。

圖3為傾斜方向不同水平距離時，高抽巷瓦斯?jié)舛惹€圖。從圖可以看出，在一定范圍內(nèi)，高抽巷距上風(fēng)巷水平距離越近越好，但超過此范圍后效果反而更差，主要原因是由于受礦壓、煤厚及煤層傾角的影響，上風(fēng)巷附近煤層已變松散，煤體中裂隙發(fā)育，如果高位抽放巷道距上風(fēng)巷過近，易造成抽放系統(tǒng)漏風(fēng)，導(dǎo)致抽放效果不好。

圖3 傾斜方向水平距離不同時上隅角瓦斯?jié)舛?/p>

綜上所述，走向高抽巷垂直高度應(yīng)布置在距工作面底板向上20m位置，傾斜方向高抽巷(巷中)距上風(fēng)巷(巷中)水平距離為14m位置。

3 巷道抽放瓦斯密封系統(tǒng)的改進

采用走向高抽巷對采空區(qū)瓦斯進行抽放，由于抽放量大，抽放濃度高，抽放系統(tǒng)密封性至關(guān)重要，如密封性不好，將直接影響瓦斯抽放量和瓦斯抽放濃度。傳統(tǒng)的巷道密封方式主要采用水泥砂漿密封，但密封效果不理想，在密閉墻兩側(cè)和密閉墻與抽放管路之間有漏氣，為此提出水封式抽放系統(tǒng)，對傳統(tǒng)的巷道抽放系統(tǒng)進行改進。

水封式系統(tǒng)原理：依據(jù)瓦斯難溶于水的性質(zhì)，用水將抽放巷道中的瓦斯與通風(fēng)巷道隔開，從而保證良好的密封性，致使能抽出高濃度的瓦斯。

水封式走向高抽巷就是在走向高抽巷的基礎(chǔ)上，在抽放系統(tǒng)前端(距抽放管路一端)用水密封巷道，提高其密封性，進而提高瓦斯抽放濃度。

施工工藝：在掘進巷道時，可按圖所示施工一個梯形水槽，待整條巷道完工后，在水槽里加入一定量的水(水位在水槽底部巷道頂板之上)，存水封閉巷道；抽放管路鋪設(shè)經(jīng)水槽進入里段巷道；水槽的垂直深度為5m，相對應(yīng)的最大抽放負(fù)壓為50kPa；水槽底端寬度為8m，水封槽上端口之間的寬度在巖體中取30m，煤體中取50m。水封式系統(tǒng)如圖4所示。

圖4 水封式走向高抽巷抽放系統(tǒng)圖

5 結(jié)語

通過用FLUENT軟件對走向高抽巷進行數(shù)值模擬, 得到了高抽巷的最佳抽放位置，即對于給定煤礦具體條件，高抽巷布置在垂向20m，傾斜方向水平距離為14m時，抽放效果最好；對高抽巷密封系統(tǒng)進行了改進設(shè)計，提高了瓦斯抽放效率，同時使抽放系統(tǒng)更具安全性。

[1] 鄧明. 高位鉆場鉆孔抽放采空區(qū)瓦斯數(shù)值模擬及分析[D]. 淮南：安徽理工大學(xué)， 2003.

[2] 袁亮,劉澤功.淮南礦區(qū)開采煤層頂板抽放瓦斯技術(shù)的研究[J].煤炭學(xué)報,2003,28(2):149-152.

[3] 李宗翔.回采采區(qū)上隅角瓦斯抽放的參數(shù)模擬與參數(shù)確定[J].礦業(yè)安全與環(huán)保，2002,29(1):15-16.

[4] 張鐵崗.礦井瓦斯綜合治理技術(shù)[M].北京：煤炭工業(yè)出版社，2001.

[5] 趙青云，許英威.高瓦斯工作面的瓦斯抽放技術(shù)[J]。礦業(yè)安全與環(huán)保，2000(1)：34-37.

[6] 梁棟,周西華.回采工作面瓦斯運移規(guī)律的數(shù)值模擬[J].遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報, 1999, 18 (4): 337-341.

[7] 張景飛,郭德勇,張建國.綜采工作面卸壓瓦斯抽放技術(shù)的應(yīng)用研究[J].礦業(yè)安全與環(huán)保,2004,31(2):4-5.

[8] 撒占友，何學(xué)秋，王恩元，等.戊一21191綜采工作面采空區(qū)及下隅角瓦斯分布規(guī)律研究[J].煤礦安全，2001(10)：27-30.

[9] 梁棟，王繼仁，葉光巖.采空區(qū)瓦斯?jié)舛确植家?guī)律的試驗研究[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，1992(3)：16-18，59.