賈 岳

（西山煤電股份有限公司西曲礦，山西古交030200）

基于“U+I”型通風系統(tǒng)的模擬優(yōu)化研究

賈 岳

（西山煤電股份有限公司西曲礦，山西古交030200）

為了對U+I型通風方式下的風排瓦斯效率進行研究，本文以某煤礦為實際工程背景，運用數(shù)值模擬軟件對U+I型通風方式中不同的內(nèi)錯尾巷高度下，即分別為頂板上方2 m、3 m、4 m、5 m時，該通風系統(tǒng)的排瓦斯效果進行了模擬研究，得到了該通風系統(tǒng)的最優(yōu)解，即對U+I型通風系統(tǒng)進行了優(yōu)化。模擬結(jié)果表明：尾巷布置于頂板上方4 m時，尾巷的風排瓦斯率達到71.74%，相比尾巷布置于頂板上方2 m時提高了15.21%，同時，巷道的排瓦斯總量達到6.44 m3/min，此時，通風系統(tǒng)的排瓦斯效果達到最佳。因此，該礦使用U+I型通風系統(tǒng)時，內(nèi)錯尾巷宜布置在頂板上方4 m左右。

U+I型；通風系統(tǒng)；數(shù)值模擬；優(yōu)化

瓦斯突出與超限引發(fā)的事故是礦井五大災(zāi)害事故中最主要，也是后果最嚴重的一類事故［1-3］，而良好的通風方式和通風系統(tǒng)能夠相當程度地減少瓦斯事故發(fā)生的概率。近些年來，礦井的規(guī)模不斷擴大，礦井開采的深度也逐漸增大，隨著開采深度的增加瓦斯涌出量也相應(yīng)增加，瓦斯超限問題時有發(fā)生，尤其在工作面的上隅角及回風流中的瓦斯?jié)舛冉?jīng)常會超出規(guī)定值，防治瓦斯積聚已成為多數(shù)礦井，尤其是高瓦斯礦井亟需解決的重要問題。風排瓦斯主要是依靠穩(wěn)定、可靠的礦井通風系統(tǒng)，通過采用通風機通風來排走系統(tǒng)中的瓦斯，礦井需要選擇與礦井本身條件相匹配的通風系統(tǒng)才能有效實現(xiàn)風排瓦斯的目的［4-8］。隨著煤炭開采技術(shù)的日益提升，多種新型的通風系統(tǒng)被提出、實驗研究并投入煤礦進行使用及推廣，其中“U+I”型通風系統(tǒng)取得了較好的效果，大大提高了礦井風排瓦斯的能力，但在實際應(yīng)用中也發(fā)現(xiàn)了一些問題。

本文以某礦為實際工程背景，研究了在“U+I”型通風系統(tǒng)下風排瓦斯效果的最優(yōu)解，即該通風系統(tǒng)的優(yōu)化問題，在實際生產(chǎn)中具有重要意義。

1 U+I型通風系統(tǒng)介紹

U+I型通風系統(tǒng)是在U型通風系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，平行于回風巷且距離回風巷內(nèi)側(cè)10～20 m，垂直高度高于回風巷的位置再布置1條巷道專門用來排放瓦斯，這條專用排瓦斯巷道即稱為U+I型通風系統(tǒng)的內(nèi)錯尾巷［9-10］，見圖1。內(nèi)錯尾巷隨著工作面向前推進而自行垮落，考慮到生產(chǎn)過程中放煤工序滯后于割煤工序，因此，內(nèi)錯尾巷要深入采空區(qū)5 m以上，以便采空區(qū)的瓦斯更易于從內(nèi)錯尾巷排出。

圖1 工作面內(nèi)錯尾巷布置方式示意圖

考慮到上部鄰近層的瓦斯可以通過煤層頂板裂隙進入本煤層采空區(qū)，并匯同采空區(qū)的瓦斯一同進入工作面上隅角進而造成工作面上隅角的瓦斯超限，而瓦斯的密度小于空氣會在采空區(qū)上浮，將內(nèi)錯尾巷的位置布置在煤層的頂部，且處于工作面上隅角的上風一側(cè)，這樣就使得內(nèi)錯尾巷的布置更易于采空區(qū)瓦斯的排放，進而解決了工作面上隅角瓦斯超限的問題。同時，還可以通過增大回風巷的阻力，調(diào)整內(nèi)錯尾巷與回風巷的風壓差使內(nèi)錯尾巷吸風口處壓力低于回風巷的壓力，進一步提高內(nèi)錯尾巷的風排瓦斯能力。

內(nèi)錯尾巷能夠高效工作的前提是尾巷的穩(wěn)定性得到保證，但在礦井生產(chǎn)的實際應(yīng)用中，內(nèi)錯尾巷由于布置在開采煤層的頂板位置，有時會受到放煤的影響，頂煤垮落而使得內(nèi)錯尾巷提前垮落與工作面冒透，治理瓦斯的作用受到影響。因此，可以考慮將內(nèi)錯尾巷布置在頂板上方，并通過對內(nèi)錯尾巷在頂板上方不同布置高度時尾巷及回風巷的瓦斯?jié)舛冗M行數(shù)值模擬，選取最佳的布置位置，從而提高尾巷的排瓦斯能力，避免其受頂煤冒落的影響，進一步保持其工作的穩(wěn)定性。

圖2 H=2 m時內(nèi)錯尾巷瓦斯?jié)舛确植紙D

圖3 H=3 m時內(nèi)錯尾巷瓦斯?jié)舛确植紙D

圖4 H=4 m時內(nèi)錯尾巷的瓦斯?jié)舛确植紙D

圖5 H=5 m時內(nèi)錯尾巷的瓦斯?jié)舛确植紙D

表1 尾巷布置在不同高度時的模擬結(jié)果對照表

2 通風系統(tǒng)的模擬優(yōu)化

2.1 模擬模型的建立

為了研究內(nèi)錯尾巷在不同布置高度下采空區(qū)瓦斯的運移規(guī)律及尾巷風排瓦斯的效果，在礦井的實際生產(chǎn)條件下，建立內(nèi)錯尾巷在不同布置高度下的數(shù)值模擬模型，以確定風排瓦斯效果最好的尾巷布置高度。

依據(jù)該礦+435工作面的實際生產(chǎn)情況，建立參數(shù)如下的數(shù)值模擬模型：計算區(qū)域為長280 m、寬96 m、高65 m；采煤工作面為長96 m、寬4 m、高3 m；進、回風巷為長20 m、寬4 m、高3 m；內(nèi)錯尾巷為長25 m、寬3 m、高2 m，進入采空區(qū)5 m；內(nèi)錯尾巷與回風巷之間的水平距離為15 m。將內(nèi)錯尾巷與煤層頂板之間的距離設(shè)為H，分別取H為2 m、3 m、4 m、5 m。

2.2 數(shù)值模擬及結(jié)果分析

內(nèi)錯尾巷在不同布置高度下，內(nèi)錯尾巷中的瓦斯?jié)舛确植记闆r的數(shù)值模擬圖見圖2，3，4，5。

尾巷布置在不同高度時，內(nèi)錯尾巷與回風巷中瓦斯?jié)舛确植寄M結(jié)果對照見表1。

從表1可以看出，在風量相同的情況下，內(nèi)錯尾巷布置于頂板上方4 m時，尾巷的風排瓦斯率可以達到71.74%，回風巷與內(nèi)錯尾巷的排瓦斯總量達到6.44 m3/min，相比尾巷布置于頂板上方2 m、3 m、5 m時均有提高，且比尾巷布置于頂板上方2 m時內(nèi)錯尾巷的風排瓦斯率提高了15.21%。隨著尾巷布置高度的增加，尾巷的瓦斯?jié)舛取⑴磐咚沽考帮L排瓦斯率均明顯增加，同時回風巷與內(nèi)錯尾巷的排瓦斯總量增加，當布置高度達到4 m時，排瓦斯效果最佳，但是當布置高度達到5 m時排瓦斯效果有所回落。因此，礦井內(nèi)錯尾巷最佳的布置高度為頂板上方4 m左右。

3 結(jié)語

通過建立礦井通風系統(tǒng)的數(shù)值模擬模型，對內(nèi)錯尾巷布置在不同高度時尾巷與回風巷的瓦斯?jié)舛确植歼M行模擬，為了避免尾巷受頂煤冒落的影響而破壞其穩(wěn)定性，分別選取尾巷的布置高度為頂板上方2 m、3 m、4 m及5 m。通過對不同布置高度下的模擬結(jié)果進行對照分析得出，尾巷布置于頂板上方4 m時，尾巷的風排瓦斯率達到71.74%，相比尾巷布置于頂板上方2 m時提高了15.21%，同時，巷道的排瓦斯總量達到6.44 m3/min，此時，通風系統(tǒng)的排瓦斯效果達到最佳。因此，該礦使用U+I型通風系統(tǒng)時，內(nèi)錯尾巷宜布置在頂板上方4 m左右。

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Simulation and Optimization Study Based on U+I Type Ventilation System

Jia Yue

In order to research gas drainage efficiency of U and I ventilation system，a coal mine is as a actual project background，the gas drainage effect of ventilation system is simulated and studied to different height of inner interlocked tail roadway that above roof is 2 m，3 m，4 m，5 m by using numerical simulation software，obtains the optimal solution of the ventilation system，namely U+I type ventilation system is optimized.The simulation results show that the gas drainage rate of tail roadway reaches 71.74 percent when the tail roadway arranged in the roof above 4 m，compares with the tail roadway arranges in the roof above 2 m，gas drainage rate improves 15.21 percent，at the same time the total gas drainage reaches 6.44 m3/min，at this time，the effect of exhaust gas ventilation system achieves the best.Therefore，when uses U+I type ventilation system，inner interlocked tail roadway should be arranged in the roof above about 4 m.

U+I type；Ventilation system；Numerical simulation；Optimization

TD724

B

1672-0652（2014）12-0029-03

2014-10-08

賈岳（1972—），男，山西河曲人，1995年畢業(yè)于陽泉煤炭專科學校，工程師，主要從事煤礦開采管理方面的工作（E-mail）763132088@qq.com