楊劍銳

(汾西礦業(yè)集團(tuán)通風(fēng)處，山西 介休 032000)

“Y”型通風(fēng)工作面防止遺煤自燃及瓦斯治理技術(shù)

楊劍銳

(汾西礦業(yè)集團(tuán)通風(fēng)處，山西 介休 032000)

開采易自燃煤層與高瓦斯并存的礦井，在瓦斯治理過程中需要把握好兩者關(guān)系，避免由于瓦斯抽采導(dǎo)致的采空區(qū)漏風(fēng)，由此引起遺煤自燃，是開采高瓦斯易自燃煤層必須高度關(guān)注的。因此，如何在抽采卸壓瓦斯的同時兼顧采空區(qū)遺煤自燃，就成為高瓦斯易自燃礦井實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)的首要問題。

高瓦斯；易自燃煤層；Y型通風(fēng)；物理模型；模擬計算

1 工作面概述

1206工作面開采山西組2號煤層，可采走向長度625 m，傾斜長174 m；煤層厚度0.6 m～2.25 m，平均厚度1.5 m；煤層傾角為2°～8°，平均傾角5°。2號煤層最大相對瓦斯涌出量19.64 m3/t，最大絕對涌出量37.19 m3/min，屬于高瓦斯礦井。2號煤層無煤塵爆炸危險性，煤層具有自燃傾向性[1-2]。

2 工作面通風(fēng)和抽采系統(tǒng)

2.1 通風(fēng)系統(tǒng)

1206工作面通風(fēng)系統(tǒng)為“Y”型通風(fēng)。其中，材、運(yùn)兩巷進(jìn)風(fēng)，運(yùn)輸巷留巷回風(fēng)。其工作面配風(fēng)情況為：1206材料巷(主進(jìn)風(fēng)巷)配風(fēng)量為1 200.24 m3/min，1206運(yùn)巷(輔助進(jìn)風(fēng)巷)配風(fēng)量為362.76 m3/min，1206專用回風(fēng)巷回風(fēng)量為1 482.64 m3/min。

2.2 抽采系統(tǒng)

根據(jù)瓦斯不同來源，1206工作面采用以下方法進(jìn)行抽采：留巷墻體埋管抽采采空區(qū)、上隅角瓦斯；鉆場內(nèi)高位裂隙瓦斯鉆孔抽采工作面采空區(qū)裂隙帶瓦斯；利用鉆場順層鉆孔抽采本煤層瓦斯。

3 工作面瓦斯治理方法

1206工作面所采的2號煤層最大相對瓦斯涌出量19.64 m3/t，最大絕對涌出量37.19 m3/min，屬于高瓦煤層。因此，為了安全生產(chǎn)，1206工作面瓦斯治理措施采用了采空區(qū)埋管、本煤層、高位裂隙鉆孔等抽采方式[3-4]。

3.1 本煤層抽采

根據(jù)已回采過的工作面得出的結(jié)論，在開采過程中本煤層瓦斯涌出量較大，所以掘進(jìn)期間施工順層鉆孔，并提前投入預(yù)抽。為提高抽采效果，1206工作面材、運(yùn)巷進(jìn)行本煤層鉆孔抽采，各鉆孔間距為6 m，孔深均為90 m，并保證預(yù)抽時間不少于6個月。

3.2 高位裂隙帶鉆孔

1206工作面鉆孔在距右?guī)?.3 m處的頂板上依次布置，鉆孔間距為6 m，1206工作面采高1.7 m。根據(jù)已采工作面高位裂隙鉆孔抽采實(shí)際效果分析，裂隙帶取采高的12倍，傾角17.8°，孔深67 m。

3.3 采空區(qū)埋管抽采

為防止1206工作面留巷內(nèi)由于充填墻接頂不嚴(yán)導(dǎo)致采空區(qū)的瓦斯異常涌出及回風(fēng)流瓦斯超限問題，特在留巷施工過程中，在充填物體內(nèi)提前插入一邊帶盤的Ф200 mm鋼管短節(jié)，兩邊外露長度150 mm～200 mm，長度每隔4 m留1個，Ф200 mm鋼管短節(jié)盡量貼在充填體的上部?？苛粝锿饷扛? m安設(shè)一個4寸軟管，通過閥門和三通連接到留巷的的瓦斯抽采支管路上，具體見圖1。當(dāng)工作面采空區(qū)瓦斯涌出異常時，通過控制采空區(qū)埋管開啟數(shù)量和程度，調(diào)節(jié)采空區(qū)瓦斯抽采量和抽采濃度。

圖1 留巷充填墻體埋管示意圖

4 工作面存在隱患

由于1206工作面采用“Y”型通風(fēng)，柔膜充填支護(hù)，留巷存在與頂板接頂不嚴(yán)密，有漏風(fēng)現(xiàn)象，給采空區(qū)遺煤自燃提供了氧氣來源；同時，礦井為了工作面采空區(qū)切眼處瓦斯?jié)舛炔怀蓿瑢Σ煽諈^(qū)進(jìn)行沿空留巷埋管抽采與高位裂隙鉆孔抽采，導(dǎo)致采空區(qū)深部瓦斯?jié)舛容^低，采空區(qū)內(nèi)氧氣體積分?jǐn)?shù)不低于15%。尤其是使采空區(qū)產(chǎn)生大量漏風(fēng)，導(dǎo)致1206采空區(qū)遺煤長期處于氧化狀態(tài)[5]。

5 理論分析研究

為了保證工作面順利回采，保證瓦斯和CO不超限，本文通過gambit對物理模型進(jìn)行網(wǎng)格化，利用前處理軟件gambit進(jìn)行建模，然后導(dǎo)入FLUENT軟件進(jìn)行模擬計算，得出1206工作面采空區(qū)漏風(fēng)強(qiáng)度，為1206工作面防止煤炭自燃與瓦斯治理提供科學(xué)依據(jù)。

5.1 軟件模擬分析

為了能與現(xiàn)場相結(jié)合，本文以1206工作面為例建立物理模型。用gambit對物理模型進(jìn)行網(wǎng)格化，網(wǎng)格大小為0.05 m2×0.05 m2。

選取靠近工作面長280 m、寬180 m一段距離的采空區(qū)，建立2D物理模型，采空區(qū)沿走向長為X軸，沿傾向長為Y軸。根據(jù)FLUENT對邊界條件的設(shè)置要求，可以設(shè)進(jìn)風(fēng)側(cè)為壓力入口，回風(fēng)側(cè)為壓力出口。兩端壓差等于工作面的通風(fēng)阻力，根據(jù)實(shí)測為100 Pa。兩端的壓力分布可近似為線性變化。采空區(qū)的其他3個邊界條件可設(shè)為固壁，認(rèn)為沒有熱量的交換。利用前處理軟件gambit進(jìn)行建模，然后導(dǎo)入FLUENT軟件進(jìn)行模擬。

把邊界條件設(shè)置完畢之后，導(dǎo)入用戶自定義函數(shù)，選擇分離式隱式穩(wěn)態(tài)法，standard modelC1·epsilon和C2-epsilon都設(shè)置成為默認(rèn)值，迭代步驟設(shè)置為100步。

5.2 模擬結(jié)果

當(dāng)1206工作面總進(jìn)風(fēng)量Q=1 200 m3/min、材巷Q1=640 m3/min、運(yùn)巷Q2=560 m3/min、采空區(qū)瓦斯涌出量為15.95 m3/min、漏風(fēng)95 m3/min、工作面壓力差為93.7 Pa時，1206工作面調(diào)整與未調(diào)整2種情況下物理模型分別為圖2與圖3，瓦斯分布流場模擬結(jié)果如圖4所示，實(shí)測變化趨勢見圖5。

圖2 “Y”型通風(fēng)工作面采空區(qū)漏風(fēng)流線

圖3 偏“Y”型通風(fēng)工作面采空區(qū)漏風(fēng)流線

圖4 1206采空區(qū)氧氣濃度模擬圖

圖5 1206采空區(qū)氧氣體積分?jǐn)?shù)實(shí)測變化趨勢圖

5.3 Fluent模擬結(jié)果分析

1206工作面由二進(jìn)一回的“Y”型通風(fēng)系統(tǒng)改為一進(jìn)二回的通風(fēng)系統(tǒng)后(見第116頁圖6)，對比模擬得出如下結(jié)論：

1) 工作面采空區(qū)總漏風(fēng)量從95 m3/min降為46 m3/min。

2) 采空區(qū)氧氣體積分?jǐn)?shù)小于10%區(qū)域前向工作面方向前移20 m～35 m，以防治采空區(qū)遺煤自燃。

3) 采空區(qū)瓦斯?jié)舛确植家?guī)律也發(fā)生了變化，采空區(qū)總的瓦斯涌出量從15.95 m3/min下降至11.8 m3/min，但工作面上隅角瓦斯涌出量有所增大。通過工作面高位裂隙鉆孔與上隅隔膜插管抽采能夠解決上隅角瓦斯問題。

圖6 1206工作面一進(jìn)二回“Y”型通風(fēng)示意圖

6 結(jié)論

1) 分析1206工作面“Y”型通風(fēng)對采空區(qū)遺煤自燃與采空區(qū)瓦斯涌出影響，建立了采空區(qū)束管監(jiān)測系統(tǒng)，根據(jù)采空區(qū)CO氣體分布情況，判定1206工作面采空區(qū)遺煤已處于快速氧化狀態(tài)，給出調(diào)整通風(fēng)系統(tǒng)、采空區(qū)注氮、改變高位裂隙孔抽采采空區(qū)瓦斯的范圍、從工作面下隅角與沿空留巷向采空區(qū)注高含水材料等綜合防滅火措施，使采空區(qū)CO氣體迅速下降，有效抑制了采空區(qū)遺煤自燃。

2) 通過模擬軟件模擬出1206工作由二進(jìn)一回的“Y”型通風(fēng)系統(tǒng)改為一進(jìn)二回的通風(fēng)系統(tǒng)后，工作面采空區(qū)總漏風(fēng)量從95 m3/min降為46 m3/min。采空區(qū)氧氣體積分?jǐn)?shù)小于10%區(qū)域前向工作面方向前移20 m～35 m，以防治采空區(qū)遺煤自燃。采空區(qū)總的瓦斯涌出量從15.95 m3/min下降至11.8 m3/min，但工作面上隅角瓦斯涌出量有所增大。

3) 采用高負(fù)壓抽采本煤層瓦斯，利用高位鉆孔抽采靠近工作面附近40 m采空區(qū)范圍內(nèi)上部裂隙帶區(qū)域高濃度瓦斯，加大工作面上隅角埋管抽采瓦斯量，在工作面上隅角20 m范圍內(nèi)沿空隔膜墻上插管抽采密度，由原來6 m間距改為3 m間距。合理調(diào)整1206工作面生產(chǎn)期間配風(fēng)量，控制沿空留巷內(nèi)風(fēng)量不超過560 m3/min，保證工作生產(chǎn)期間沿粉留巷瓦斯體積分?jǐn)?shù)不超過0.6%。通過以上瓦斯治理措施，1206工作面在恢復(fù)生產(chǎn)到工作面回收期間，生產(chǎn)過程中沿空留巷瓦斯體積分?jǐn)?shù)不超過0.5%與材料回風(fēng)巷內(nèi)瓦斯體積分?jǐn)?shù)不超過0.4%。

[1] 牛光勇.近距離煤層上層采空區(qū)自燃火災(zāi)綜合治理技術(shù)應(yīng)用研究[D].太原:太原理工大學(xué),2013.

[2] 陳娟，王俊峰，鄔劍明.注惰泡技術(shù)在啟封高瓦斯礦井自燃火區(qū)的應(yīng)用[J].中國煤炭,2009,35(4):102-103.

[3] 姜鳳林.高瓦斯易自燃采煤工作面封閉注氮防火與啟封技術(shù)實(shí)踐[J].煤礦安全，2007,21(10):30-32.

[4] 慕洪才.高瓦斯易燃厚煤層綜放面火災(zāi)的安全封閉與啟封[J].煤炭科學(xué)技術(shù),2005,33(2):33-38.

[5] 朱令起.礦井火災(zāi)預(yù)測預(yù)警及密閉啟封安全性研究[D].徐州:中國礦業(yè)大學(xué),2010.

PreventionofresidualcoalspontaneouscombustionandgascontroltechnologyinY-typeventilationworkingface

YANGJianrui

(VentilationDepartmentofFenxiMiningIndustryGroupCo.,Ltd.,JiexiuShanxi032000,China)

It is necessary to grasp the good relationship between spontaneous combustion of coal seam mining and high gas mine in the process of gas control, avoiding goaf air leakage and residual coal spontaneous combustiondue to gas extraction, which ishighly considered in the exploitation of coal seam with high gas and spontaneous combustion. Therefore, how to take out pressure relief gasand prevent coal spontaneous combustionof goaf has became the chief problem of how to realize safe productionfor high gas easy spontaneous combustion mines.

high gas; coal seam of easy spontaneous combustion; Y-type ventilation; physical model; simulation calculation

2017-02-02

楊劍銳，男，1982年出生，2007年畢業(yè)于中國礦業(yè)大學(xué)，在職研究生，通風(fēng)工程師，現(xiàn)在汾西礦業(yè)集團(tuán)公司通風(fēng)處工作。

10.16525/j.cnki.cn14-1109/tq.2017.03.39

TD712

A

1004-7050(2017)03-0114-03

煤礦工程