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        高瓦斯礦井特厚煤層綜放開采通風(fēng)系統(tǒng)改造與優(yōu)化

        2018-02-15 07:56:18白偉偉
        中國煤層氣 2018年6期
        關(guān)鍵詞:風(fēng)量瓦斯通風(fēng)

        白偉偉

        (呂梁市煤礦機(jī)運(yùn)管理中心,山西 033000)

        1 工作面地質(zhì)條件

        8105工作面主采煤層平均厚度14.50m,普氏系數(shù)為2.7~3.7,煤層夾矸平均厚度0.96m。直接頂為泥巖、炭質(zhì)泥巖,部分賦存巖漿巖,厚度2.57~6.43m,平均厚度4.49m。老頂為細(xì)砂巖與含礫粗砂巖,厚度為11.8~39.55m,平均厚度為22.93m。

        礦井為高瓦斯礦井,絕對瓦斯涌出量為71.3m3/min,相對瓦斯涌出量為1.88m3/t,布置的8105工作面面長120m,推進(jìn)長度為420m,采用“一進(jìn)兩回”的“U+I”型通風(fēng)方式。

        2 工作面瓦斯積聚及通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化

        對工作面瓦斯涌出量實(shí)測分析可知:8105工作面絕對瓦斯涌出量在正?;夭珊彤惓F陂g分別為25~35m3/min和40~45m3/min;8208工作面分別為30~40m3/min和45~50m3/min。

        分析工作面瓦斯超限的影響因素:首先特厚煤層開采,大量落煤使得短時間內(nèi)大量瓦斯釋放;其次放煤及頂板來壓垮落擠壓采空區(qū),使得瓦斯涌進(jìn)工作面。

        該工作面采用“U+I”型通風(fēng)方式,使用中存在以下問題:

        (1)根據(jù)圖1工作面高抽巷瓦斯分布情況可知,回采中瓦斯?jié)舛绕毡榇笥?.5%,且部分回采階段瓦斯超過了6.3%,超出煤礦安全的相關(guān)規(guī)定,使得工作面嚴(yán)重受到瓦斯災(zāi)害威脅。

        圖1 8105工作面頂板高抽巷內(nèi)瓦斯?jié)舛确植?/p>

        (2)對不同瓦斯抽放泵排放口瓦斯?jié)舛葯z測,見圖2,可知各泵處瓦斯?jié)舛榷酁?%~4.5%,部分回采階段瓦斯接近6%。表明部分區(qū)域瓦斯?jié)舛瘸?,存在瓦斯爆炸等事故風(fēng)險。

        (3)“U+I”型通風(fēng)中高抽巷沿煤層布置,存在自燃隱患,且封閉抽放使得瓦斯抽放情況不能時時掌握。

        (4)對“U+I”型通風(fēng)系統(tǒng)的風(fēng)量分配和瓦斯抽放情況分析,該通風(fēng)方式下工作面通風(fēng)不能有效稀釋瓦斯且供風(fēng)量不能進(jìn)一步提升。

        根據(jù)瓦斯治理要求和規(guī)定,基于提高工作面通風(fēng)穩(wěn)定性、安全性和保證工作面高效回采目的,認(rèn)為現(xiàn)有U+I型通風(fēng)方式不能滿足工作面通風(fēng)需求。因此提出W+I型“兩進(jìn)兩回”式通風(fēng)系統(tǒng),并對不同通風(fēng)方式進(jìn)行比較。

        W+I型通風(fēng)系統(tǒng)為“兩進(jìn)兩回”(在現(xiàn)有 U+I 型通風(fēng)系統(tǒng)基礎(chǔ)上,新增一條進(jìn)風(fēng)巷),其中兩側(cè)巷道進(jìn)風(fēng),中間兩條巷道回風(fēng)。中間的兩條回風(fēng)巷,一條與進(jìn)風(fēng)巷同水平掘進(jìn),作為回風(fēng)巷;一條沿工作面頂板掘進(jìn),作為排瓦斯巷,且將瓦斯抽放管路埋入巷內(nèi)距工作面迎頭20m,并與瓦斯抽放泵相連接,進(jìn)行不封閉抽放,見圖3。

        3 W+I型通風(fēng)效能模擬分析

        采用COMSOL Multiphysics軟件計算流體力學(xué)CFD模塊建立礦井通風(fēng)數(shù)值模型,模型中巷道長度425m,工作面長度230m,對W+I型通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)流特征和瓦斯稀釋效果分析。得到如圖4、圖5和圖6所示通風(fēng)效果。

        對圖4通風(fēng)速度分析,采用W+I型通風(fēng)布置后工作面兩進(jìn)風(fēng)巷道風(fēng)流較大,達(dá)到3m/s;在靠近巷道轉(zhuǎn)折點(diǎn)風(fēng)流速度迅速下降,接近0.1m/s;在工作面回風(fēng)順槽中風(fēng)速較大,為6~7m/s,最大達(dá)到9m/s。

        圖2 8105工作面各抽放泵排放口瓦斯?jié)舛?/p>

        圖3 W+I型通風(fēng)示意圖

        圖4 工作面風(fēng)速等值線云圖

        圖5 工作面通風(fēng)渦度等值線圖

        圖6 工作面巷道瓦斯?jié)舛确植?/p>

        分析圖5工作面渦度分布特征,在進(jìn)風(fēng)巷與工作面交匯點(diǎn)存在較明顯渦流,渦流速度為 1.325~8.602m/s;中部回風(fēng)巷與工作面交匯點(diǎn)存在最大渦流速度為17.268m/s,為瓦斯交易積聚區(qū)。

        由上述分析可知,W+I型通風(fēng)系統(tǒng)布置方式中工作面風(fēng)流速度較大,通風(fēng)較順暢,對巷道拐角、交匯點(diǎn)瓦斯稀釋效果較明顯,可以滿足工作面生產(chǎn)對通風(fēng)的要求。

        4 現(xiàn)場應(yīng)用效果分析

        根據(jù)提出的通風(fēng)方式和巷道布置,該礦在8105工作面進(jìn)行了現(xiàn)場工業(yè)性試驗(yàn),監(jiān)測得到如圖6所示工作面瓦斯?jié)舛确植肌?/p>

        對圖6工作面巷道瓦斯?jié)舛确治?,采用W+I型通風(fēng)布置后,中部回風(fēng)巷瓦斯?jié)舛茸畲鬄?.4%,且普遍小于0.35%,低于該礦瓦斯超限預(yù)警值,而其余巷道瓦斯?jié)舛染∮?.25%,工作面回采期間未發(fā)生瓦斯超限,且工作面供風(fēng)量滿足通風(fēng)要求。

        在工業(yè)性試驗(yàn)期間,工作面安全推進(jìn)距離100m,回收煤炭資源18.8萬t,取得了良好的經(jīng)濟(jì)和社會效益。

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