于發(fā)東　張清勇

摘要：煤炭開采量不斷增加，瓦斯涌出量也不斷增加，由于瓦斯積聚帶來的安全問題越來越嚴(yán)重，因此探索新的通風(fēng)方式刻不容緩。我國(guó)出現(xiàn)最早的是U型通風(fēng)系統(tǒng)，但是U型通風(fēng)方式已不能滿足煤炭開采的安全需求。U+L兩進(jìn)一回通風(fēng)方式是在U型通風(fēng)方式的基礎(chǔ)上而改良的一種方式。文章對(duì)U+L型通風(fēng)方式的風(fēng)量配比進(jìn)行了研究。

關(guān)鍵詞：U+L；兩進(jìn)一回；通風(fēng)方式；風(fēng)量配比；瓦斯涌出量；煤炭開采 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TD724 文章編號(hào)：1009-2374（2017）04-0152-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.04.077

1 概述

在開采煤炭的過程中，隨著開采深度的增加，開采工作面的支架會(huì)不斷前移，當(dāng)前移到一定程度時(shí)，支架后方的頂板則會(huì)由于地壓的作用而自然垮落，垮落的巖石碎塊及煤塊堆積便會(huì)形成采空區(qū)。在進(jìn)行通風(fēng)時(shí)，風(fēng)流會(huì)因?yàn)閴翰畹淖饔枚M(jìn)入到采空區(qū)，從而導(dǎo)致采空區(qū)漏風(fēng)，這樣一來便會(huì)產(chǎn)生采空區(qū)自然發(fā)火、系統(tǒng)上隅角瓦斯聚集爆炸等安全隱患。隨著煤炭開采技術(shù)的發(fā)展，人們對(duì)開采工作安全性的關(guān)注度越來越高。U+L兩進(jìn)一回的通風(fēng)方式很好地改善了U型通風(fēng)方式瓦斯積聚的問題，是當(dāng)前應(yīng)用最為廣泛的通風(fēng)方式。風(fēng)量配比直接決定著通風(fēng)方式的性能，不同比值的進(jìn)風(fēng)量對(duì)采空區(qū)流場(chǎng)及瓦斯的運(yùn)移都有著不同程度的影響，下面我們主要根據(jù)U+L兩進(jìn)一回通風(fēng)方式的特點(diǎn)對(duì)其最佳風(fēng)量配比進(jìn)行研究。

2 關(guān)于U+L兩進(jìn)一回通風(fēng)方式

2.1 概念

U+L型兩進(jìn)一回通風(fēng)方式是一種在煤炭采集工作面的上下共設(shè)置“兩進(jìn)一回”三條風(fēng)巷，將其中一側(cè)設(shè)為主進(jìn)風(fēng)口，另一側(cè)的兩條巷道分別設(shè)為副進(jìn)風(fēng)口及專用排瓦斯尾巷，從而通過這三條風(fēng)巷實(shí)現(xiàn)礦井下的通風(fēng)管理的通風(fēng)方式。U+L兩進(jìn)一回通風(fēng)方式適用于瓦斯涌出量較大的開采工作面。

2.2 原理

U+L兩進(jìn)一回通風(fēng)方式的工作原理為：當(dāng)主、副進(jìn)風(fēng)巷同時(shí)進(jìn)風(fēng)時(shí)，副進(jìn)風(fēng)巷靠近工作面的那一端的部分會(huì)變?yōu)榛仫L(fēng)巷，尾巷與回風(fēng)巷之間每隔一定距離（一般為60～100m）施工聯(lián)絡(luò)巷，并予以封閉。隨著工作面的前移，滯后于工作面的聯(lián)絡(luò)巷會(huì)依次打開，流經(jīng)工作面的污風(fēng)及少量采空區(qū)的漏風(fēng)則會(huì)通過回風(fēng)巷與聯(lián)絡(luò)巷進(jìn)入到瓦斯尾巷，從而完成采空區(qū)瓦斯的排放。

2.3 優(yōu)點(diǎn)

U+L兩進(jìn)一回通風(fēng)方式不僅增加了開采工作面的風(fēng)排瓦斯量，并且有效地改善了U型通風(fēng)系統(tǒng)上隅角瓦斯積聚的問題。這種通風(fēng)方式憑借著風(fēng)量少但排放瓦斯量大、安全性高的優(yōu)點(diǎn)，在高瓦斯礦井工作中得到了較為廣泛的應(yīng)用。

3 U+L兩進(jìn)一回通風(fēng)方式風(fēng)量配比的研究

風(fēng)量配比主要是指主副進(jìn)風(fēng)的風(fēng)量比，風(fēng)量配比在尾巷中瓦斯?jié)舛鹊目刂浦邪l(fā)揮著重要的作用。合理的風(fēng)量配比不僅能保證工作面有充足的通風(fēng)量，同時(shí)也能使回風(fēng)巷及尾巷的瓦斯?jié)舛缺３衷谝?guī)定的范圍之內(nèi)。

3.1 U+L兩進(jìn)一回通風(fēng)方式風(fēng)量的計(jì)算

一般來說，瓦斯涌出量分為從開采工作面涌出的瓦斯量和從采空區(qū)涌出的瓦斯量，所以U+L兩進(jìn)一回通風(fēng)方式的風(fēng)量計(jì)算為：

那么U+L兩進(jìn)一回通風(fēng)方式的總進(jìn)風(fēng)量為：

式中：a是指開采工作面瓦斯涌出量的百分比（%）；b是指采空區(qū)瓦斯涌出量的百分比（%）；q是指U+L兩進(jìn)一回通風(fēng)方式的絕對(duì)瓦斯涌出量（m3/min）；k1是指開采工作面瓦斯涌出的不均衡系數(shù)（為正常生產(chǎn)條件下連續(xù)一個(gè)月內(nèi)，日最大絕對(duì)瓦斯涌出量與月平均瓦斯絕對(duì)涌出量的比值，一般取值為1.2～2.1）；k2是指開采工作面的漏風(fēng)率（即為從工作面漏向采空區(qū)的風(fēng)量和工作面進(jìn)風(fēng)量的比值，%）；x是指工作面的瓦斯?jié)舛龋?）；y是指尾巷的瓦斯?jié)舛龋?）。

3.2 不同風(fēng)量配比情況下采空區(qū)的漏風(fēng)狀況

由于采空區(qū)內(nèi)垮落的碎石巖塊及煤塊會(huì)受到各種因素的影響，在空間中的分布并不是均勻的，從而松散煤塊中的流場(chǎng)比較復(fù)雜。當(dāng)把采空區(qū)內(nèi)的風(fēng)流看作是不可壓縮流體在三維空間的非線性滲流時(shí)，其定律公式為：

式中：E是指滲透率（m2）；是指壓力坡度；v是指運(yùn)動(dòng)粘性系數(shù)（m2/s）；Dm是指平均調(diào)和粒徑；V是指采動(dòng)裂隙橢拋帶的風(fēng)速（m/s）；n是指采動(dòng)裂隙橢拋帶的孔隙率；是指滲流速度（m/s）；g是指重力加速度；β是指多孔介質(zhì)粒子形狀系數(shù)。

根據(jù)質(zhì)量守恒定律及流體動(dòng)力彌散定律可得，瓦斯在采空區(qū)中的動(dòng)力彌散方程為：

式中：c是指采空區(qū)內(nèi)的瓦斯質(zhì)量濃度（g/cm3）；Dy是指動(dòng)力彌散系數(shù)的分量（m2/s）；ui是指平均流速向量的分量（m/s）。

由式（1）至式（6）可知，當(dāng)工作面的總進(jìn)風(fēng)量Q3值一定時(shí)，當(dāng)主進(jìn)風(fēng)和副進(jìn)風(fēng)的風(fēng)量配比為2∶1時(shí)，副進(jìn)風(fēng)巷不僅風(fēng)量較大，而且能位也比較高，而主進(jìn)風(fēng)巷的壓差較低，從而導(dǎo)致工作面漏向采空區(qū)的風(fēng)量較大，通過工作面的風(fēng)量較少，使得系統(tǒng)上隅角內(nèi)的瓦斯無法擴(kuò)散；當(dāng)主進(jìn)風(fēng)和副進(jìn)風(fēng)的風(fēng)量配比為3∶1時(shí)，副進(jìn)風(fēng)巷端頭的能位高于采空區(qū)內(nèi)的能位，因此副進(jìn)風(fēng)巷與采空區(qū)之間便形成了一定的壓差，使得系統(tǒng)上隅角的瓦斯會(huì)向采空區(qū)內(nèi)移動(dòng)。另外，由于此時(shí)主副進(jìn)風(fēng)巷之間的能位差較大，因此工作面漏向采空區(qū)的風(fēng)量較少或無，通過工作面的風(fēng)量則較大，副進(jìn)風(fēng)巷端頭的瓦斯也可以被擴(kuò)散。在此種風(fēng)量配比下，系統(tǒng)上隅角的瓦斯?jié)舛葘?huì)被控制；當(dāng)主副進(jìn)風(fēng)巷的風(fēng)量配比為4∶1時(shí)，主副進(jìn)風(fēng)巷之間雖然會(huì)形成相應(yīng)的壓差，但是這種壓差會(huì)使得工作面漏向采空區(qū)的風(fēng)量大大增加，再加上副進(jìn)風(fēng)巷此時(shí)的能位較采空區(qū)內(nèi)低，上隅角積聚的瓦斯則會(huì)向副進(jìn)風(fēng)巷涌出，那么副進(jìn)風(fēng)巷端頭的瓦斯?jié)舛葎t會(huì)偏大，瓦斯積聚的問題仍然得不到解決。綜上所述，我們可以得出結(jié)論，當(dāng)U+L兩進(jìn)一回通風(fēng)方式的風(fēng)量配比為3∶1時(shí)，可有效地改善瓦斯積聚的問題，從而提高礦井作業(yè)的安

全性。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著礦井產(chǎn)量的增加，開采工作面的瓦斯涌出量也隨之不斷增加，采空區(qū)漏風(fēng)及空間通風(fēng)不僅會(huì)影響礦井的生產(chǎn)及建設(shè)，也會(huì)造成嚴(yán)重的安全隱患。據(jù)統(tǒng)計(jì)，礦井瓦斯爆炸及瓦斯突出是煤礦開采過程中最嚴(yán)重的災(zāi)害事故，不僅會(huì)嚴(yán)重破壞礦井設(shè)施，還會(huì)造成嚴(yán)重的人員傷亡，因此加強(qiáng)對(duì)瓦斯危險(xiǎn)性的控制及消除是很有必要的。本文通過具體的分析，發(fā)現(xiàn)當(dāng)主副進(jìn)風(fēng)量的風(fēng)量配比為3∶1時(shí)，U+L兩進(jìn)一回的通風(fēng)效果最好，安全性最高。因此，在具體的煤炭開采過程中，相應(yīng)負(fù)責(zé)人員應(yīng)先通過精確的模擬實(shí)驗(yàn)進(jìn)行最佳風(fēng)量配比的探究，這樣才能控制瓦斯的大量積聚，提高施工的安全性。

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作者簡(jiǎn)介：于發(fā)東（1976-），男，山東魚臺(tái)人，山東魯泰控股集團(tuán)有限公司陜西分公司海則廟煤礦項(xiàng)目部通防部通防部長(zhǎng)，助理工程師，研究方向：礦井通風(fēng)與安全。

（責(zé)任編輯：秦遜玉）