常彥飛

(潞安礦業(yè)集團(tuán)公司 安全監(jiān)察局， 山西 長治市 046204)

煤炭在我國一次性能源結(jié)構(gòu)中占有重要地位，對(duì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重要作用。隨著煤炭產(chǎn)量的提升，煤炭企業(yè)不得不向深部延展，深部開采面臨三高的危害，瓦斯?jié)舛仍龈?，而涌出通道逐漸降低，通常情況下，采空區(qū)和工作面之間并不是絕對(duì)密閉的，工作面進(jìn)風(fēng)巷風(fēng)流可以通過縫隙漏入采空區(qū)，而采空區(qū)的瓦斯在漏風(fēng)風(fēng)流的作用下可以進(jìn)入回風(fēng)巷匯聚到工作面上隅角，引起工作面上隅角瓦斯積聚。工作面上隅角瓦斯積聚引起的瓦斯爆炸事故以及采空區(qū)遺煤瓦斯自燃事故在煤礦事故中占有相當(dāng)大的比例，因此，其防治工作不容忽視[1-7]。

1 工程概況

常莊煤業(yè)公司3304工作面主采3號(hào)煤層。煤層平均厚度5.2 m，煤層走向長度1206.67 m，煤層傾斜長度330.6 m，煤層為近水平煤層，采用U+L通風(fēng)方式。工作面回采初期，主進(jìn)風(fēng)巷總進(jìn)風(fēng)大約為3250 m3/min，輔助進(jìn)風(fēng)巷進(jìn)風(fēng)大約為1125 m3/min。通風(fēng)系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 工作面通風(fēng)系統(tǒng)

2 瓦斯分布規(guī)律分析

2.1 模型建立

根據(jù)工作面實(shí)際情況，建立常莊煤業(yè)公司3304工作面U+L型通風(fēng)方式下當(dāng)工作面未進(jìn)行瓦斯抽采時(shí)三維物理模型(見圖2)。

圖2 工作面通風(fēng)系統(tǒng)

2.2 邊界條件

邊界條件進(jìn)行了相關(guān)設(shè)置，工作面巷道風(fēng)速為2.31 m/s，其中O2的含量為20.9%，CH4的含量為零，工作面巷道回風(fēng)順槽與尾巷是壓力出口設(shè)置，壓力值分別為-130 Pa和-170 Pa，煤壁和落煤瓦斯涌出速度為10.9 m3/min，采空區(qū)瓦斯涌出速度為 15.8 m3/min。

2.3 結(jié)果分析

2.3.1 沿走向方向的瓦斯?jié)舛确植家?guī)律

對(duì)于不同的距離區(qū)間進(jìn)行模擬按照最小值為5 m，依次遞增的方式進(jìn)行增加，最大值設(shè)置為30 m，模擬的瓦斯?jié)舛葎?dòng)態(tài)分布如圖3所示。

由圖3不同距離區(qū)間下數(shù)值模擬分析結(jié)果可知，瓦斯?jié)舛仍谧呦蚍较蛏虾蛢A向方向上總體呈增大的趨勢(shì)，具體如表1所示。在截面方向上，隨著采空區(qū)與底板距離的不斷增大，瓦斯?jié)舛瘸尸F(xiàn)增長的趨勢(shì)，且在同等距離下，距離工作面越近，瓦斯的含量越低，反之越高，同時(shí)，距離工作面的距離越大，瓦斯?jié)舛仍黾拥姆仍酱螅?dāng)采空區(qū)與底板的距離為20 m時(shí)，距離工作面200 m的瓦斯含量達(dá)到32.4%[2,5-7]。

圖3 U+L 型通風(fēng)方式下不同距離區(qū)間采空區(qū)瓦斯?jié)舛确植?/p>

2.3.2 沿豎直方向上的瓦斯?jié)舛确植家?guī)律

對(duì)于不同的距離區(qū)間進(jìn)行模擬，按照最小值為5 m，依次遞增的方式進(jìn)行，最大值設(shè)置為150 m，模擬的瓦斯?jié)舛葎?dòng)態(tài)分布如圖 4所示。

由圖4不同距離區(qū)間下數(shù)值模擬分析結(jié)果可知：

圖4U+L型通風(fēng)方式下采空區(qū)垂直方向上不同距離區(qū)間采空區(qū)瓦斯?jié)舛确植?/p>

常莊煤業(yè)公司3304工作面巷道在未進(jìn)行瓦斯抽采的條件下，在豎直方向上呈現(xiàn)分層現(xiàn)象，其分布與高度呈正比。綜合分析其原因，工作面產(chǎn)生瓦斯時(shí)，由于在標(biāo)準(zhǔn)情況下瓦斯對(duì)空氣的相對(duì)密度是0.554，瓦斯密度必然小于空氣密度，因此，大部分瓦斯會(huì)聚集在頂部，頂部瓦斯?jié)舛却蟆?/p>

常莊煤業(yè)公司3304工作面巷道在未進(jìn)行瓦斯抽采的條件下，隨著與工作面進(jìn)風(fēng)順槽距離的不斷增大，其瓦斯?jié)舛入S著與工作面距離的不斷變大而變大，同時(shí)發(fā)現(xiàn)，在瓦斯?jié)舛认嗤那闆r下，距離進(jìn)風(fēng)順槽的距離越大，相同瓦斯?jié)舛染嚯x工作面的距離越小，而當(dāng)瓦斯?jié)舛冗_(dá)到90%時(shí)，其均在截面距離50 m處。經(jīng)綜合分析，當(dāng)濃度達(dá)到一定時(shí)，說明大量瓦斯涌向這里，導(dǎo)致積聚增加，大量的瓦斯存在，必然占據(jù)大量面積，瓦斯下移，因此，當(dāng)瓦斯?jié)舛?/p>

為90%時(shí)，其在相同的距離界面上。

2.3.3 尾巷與上隅角瓦斯?jié)舛确植继卣?/p>

采用Fluent數(shù)值模擬軟件，模擬常莊煤業(yè)公司3304工作面U+L型通風(fēng)方式下工作面未進(jìn)行瓦斯抽采時(shí)的工作面上隅角以及工作面尾巷瓦斯?jié)舛确謩e為0.31%和1.9%。小于《煤礦安全規(guī)程》上的規(guī)定值[1,4-7]，符合安全規(guī)程，解決了瓦斯超限的問題，滿足安全生產(chǎn)條件。

3 結(jié) 論

采用Fluent模擬了常莊煤業(yè)公司3304工作面U+L型通風(fēng)方式未進(jìn)行抽采條件下采空區(qū)瓦斯分布特征，得到以下結(jié)論：

(1) 常莊煤業(yè)公司3304工作面U+L型通風(fēng)方式下，當(dāng)工作面未進(jìn)行瓦斯抽采條件下沿著垂直方向上工作面瓦斯壓力呈現(xiàn)逐漸降低的趨勢(shì)。

(2) 常莊煤業(yè)公司3304工作面U+L型通風(fēng)方式下，瓦斯?jié)舛仍谧呦蚍较蛏弦约皟A向方向上總體呈逐漸增大的變化趨勢(shì)。

(3) 常莊煤業(yè)公司3304工作面U+L型通風(fēng)方式下，當(dāng)工作面未進(jìn)行瓦斯抽采時(shí)，豎直方向上采空區(qū)的瓦斯?jié)舛瘸尸F(xiàn)分層分布特征，采空區(qū)瓦斯?jié)舛瘸尸F(xiàn)工作面巷道上部瓦斯?jié)舛雀叨虏客咚節(jié)舛鹊偷姆植挤绞健?/p>

(4) 常莊煤業(yè)公司3304工作面U+L型通風(fēng)方式下當(dāng)工作面未進(jìn)行瓦斯抽采時(shí)，測(cè)得上隅角以及工作面尾巷瓦斯?jié)舛确謩e為0.31%和1.9%，兩值均小于《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定的最小值。

參考文獻(xiàn)：

[1]王玉武,富 向,楊宏偉.采空區(qū)瓦斯抽放技術(shù)優(yōu)選及適用性分析[J].煤礦安全,2008(5)：77.

[2]吳團(tuán)輝.低位巷穿層鉆孔治理采空區(qū)瓦斯技術(shù)研究與應(yīng)用[J].煤炭技術(shù)，2015,34(10)：164-166.

[3]劉 兵,郁鐘銘.底板瓦斯抽放巷層位布置研究[J].煤炭技術(shù)，2015,34(10)：142-144.

[4]梁運(yùn)培.巖石水平長鉆孔抽放鄰近層瓦斯的研究[J].煤炭技術(shù),2001(5):62-64.

[5]楊 明，閆 潮，劉亞軍.斜交高位鉆孔抽采空區(qū)瓦斯設(shè)計(jì)及優(yōu)化研究[J].中國安全生產(chǎn)科學(xué)技術(shù)，2014(7)：117-122.

[6]王曉蕾，秦啟榮，熊祖強(qiáng)，等.層次注漿工藝在松軟巷道破碎圍巖加固中的應(yīng)用[J].地下空間與工程學(xué)報(bào)，2017，13(2)：206-212.

[7]閆 超.高位鉆孔抽采條件下采空區(qū)瓦斯分布及運(yùn)移規(guī)律研究[D].焦作：河南理工大學(xué)，2014.