王 坤

(潞安環(huán)能股份公司 常村煤礦，山西 長治 046102)

采場(chǎng)是一個(gè)復(fù)雜空間，由兩部分組成，一部分是進(jìn)行生產(chǎn)活動(dòng)的空間，稱為通風(fēng)空間；另一部分是有著大量陷落巖塊、充填物的采空區(qū)空間，也叫漏風(fēng)空間。當(dāng)新鮮風(fēng)流流經(jīng)工作面，部分風(fēng)流便會(huì)進(jìn)入連通的采空區(qū)，造成采空區(qū)漏風(fēng)，并且由于高抽巷的存在使漏風(fēng)狀況更加復(fù)雜[1]。采空區(qū)漏風(fēng)很大程度上造成工作面上隅角瓦斯積聚，瓦斯超限等問題時(shí)有發(fā)生，嚴(yán)重威脅礦井安全生產(chǎn)，采取經(jīng)濟(jì)、高效、安全的方式防止瓦斯積聚是工作面生產(chǎn)中亟需解決的問題，因此，有必要了解工作面漏風(fēng)規(guī)律，進(jìn)行工作面壓能分析及漏風(fēng)測(cè)定，為采空區(qū)及上隅角瓦斯治理奠定基礎(chǔ)[2-3]。

1 工作面概況

常村煤礦2105工作面北接470東翼輔運(yùn)大巷及470東翼進(jìn)風(fēng)大巷，東鄰S3-9工作面，南鄰S3采區(qū)軌道下山延伸段，西鄰S3-13工作面。地面標(biāo)高為+935.5～+941.4 m，煤層底板標(biāo)高為+429～+445 m，埋藏深度介于456.3～512.5 m之間。工作面采用U+高抽巷布置方式，高抽巷與軌道巷水平距離25 m，由破巖3 m至位于煤層頂板上方15～31 m，于工作面回采前進(jìn)行封閉抽采。工作面可采長度849 m，傾斜長300 m，斜面積233 475 m2，平均煤厚5.96 m，煤炭可采儲(chǔ)量181.1萬t?？傮w構(gòu)造形態(tài)為單斜構(gòu)造、東低西高，煤層傾角0～6°，煤層無自燃傾向、煤塵具有爆炸性。

2 工作面壓能分析及采空區(qū)漏風(fēng)測(cè)定

2.1 工作面壓能測(cè)定

2.1.1 氣壓計(jì)法

基于氣壓計(jì)法對(duì)2105綜放工作面的壓差分布進(jìn)行測(cè)定，是指用精密氣壓計(jì)測(cè)出工作面沿途兩測(cè)點(diǎn)間的相對(duì)靜壓差，再加上動(dòng)壓差和位能差，得出工作面測(cè)定路線上的壓能分布。

由能量方程知：

(1)

2.1.2 測(cè)點(diǎn)布置及步驟

在工作面布置測(cè)點(diǎn)時(shí)，為了方便統(tǒng)計(jì)測(cè)點(diǎn)距離下隅角的距離，以液壓支架號(hào)為單位進(jìn)行布點(diǎn)，液壓支架序號(hào)如圖1所示，膠帶巷進(jìn)風(fēng)口支架序號(hào)為1號(hào)，高抽巷下方對(duì)應(yīng)液壓支架編號(hào)為180號(hào)，軌道巷對(duì)應(yīng)液壓支架序號(hào)為200號(hào)。每隔十架布置一個(gè)測(cè)點(diǎn)，其中在膠帶巷及回風(fēng)巷附近多布置一個(gè)測(cè)點(diǎn)，共布置20個(gè)測(cè)點(diǎn)。

圖1 2105工作面支架編號(hào)

測(cè)試步驟：

1) 將一個(gè)精密氣壓計(jì)布置在200號(hào)支架位置，作為基點(diǎn)；

2) 另外一個(gè)人員帶著精密氣壓計(jì)沿著工作面行走，到達(dá)規(guī)定位置時(shí)讀取精密氣壓計(jì)的差壓值、溫度和濕度值；

3) 通過基點(diǎn)大氣壓數(shù)據(jù)校正大氣壓波動(dòng)引起的測(cè)量值變化；

4) 通過查找等高線圖和溫濕度表，校正位壓差引起的差壓值。

2.2 工作面漏風(fēng)測(cè)定

2.2.1 示蹤氣體法測(cè)漏風(fēng)原理

對(duì)于U型通風(fēng)而言，工作面延程為連續(xù)正壓漏風(fēng)，如圖2所示。因此，需要在上風(fēng)向連續(xù)布置示蹤氣體釋放點(diǎn)R1，R2，…，Rn，并在各點(diǎn)連續(xù)穩(wěn)定地以速率q(m3·min-1)釋放示蹤氣體，由于延程風(fēng)量不斷減少，示蹤氣體濃度不斷增大，因此，在下游設(shè)置固定采樣點(diǎn)后，得到的示蹤氣體濃度曲線呈階梯狀上升[4-5]。假設(shè)采樣點(diǎn)接收到的示蹤氣體濃度分別為C1，C2，…，Cn，則由于基底氣體的減少，示蹤氣體所接收到的濃度信號(hào)趨勢(shì)為：C1

(2)

圖2 連續(xù)正壓漏風(fēng)測(cè)量示意

示蹤氣體釋放點(diǎn)與采樣點(diǎn)的間距根據(jù)公式(3)計(jì)算：

(3)

式中：L為示蹤氣體釋放點(diǎn)與采樣點(diǎn)間的距離，m；S為工作面斷面積，m2；U為工作面周界長度，m。

2.2.2 測(cè)點(diǎn)布置

2105工作面SF6示蹤氣體釋放點(diǎn)和實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置如圖3所示。

圖3 2015工作面漏風(fēng)測(cè)點(diǎn)布置

圖中字母a～f為SF6釋放點(diǎn)位置，數(shù)字1～6為相對(duì)應(yīng)的監(jiān)測(cè)點(diǎn)位置，其中1～6監(jiān)測(cè)點(diǎn)相鄰兩點(diǎn)之間的間距為40 m。為了保證釋放SF6順序不會(huì)影響下一組的測(cè)量，因此，應(yīng)該采用“后退式”釋放及測(cè)量，即按照SF6釋放點(diǎn)的序號(hào)順序進(jìn)行釋放及監(jiān)測(cè)。

2.3 結(jié)果與分析

通過對(duì)工作面風(fēng)壓壓能測(cè)定數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和分析，將工作面風(fēng)流方向沿程相對(duì)壓力變化數(shù)值匯總為圖4所示。

圖4 工作面風(fēng)流相對(duì)壓力分布

由于工作面不同位置的摩擦阻力系數(shù)可以認(rèn)為基本一致，因此，根據(jù)通風(fēng)阻力計(jì)算公式H=RQ2可知，如果工作面沒有向采空區(qū)漏風(fēng)或者采空區(qū)不向工作面漏風(fēng)，則工作面的壓力下降應(yīng)該為線性變化，即其線性變化斜率為R。

通過分析圖4可知，工作面由長切眼下隅角至其240 m時(shí)，工作面壓降逐漸減緩，說明工作面風(fēng)量逐漸減小，工作面漏風(fēng)方向?yàn)楣ぷ髅嫦虿煽諈^(qū)內(nèi)漏風(fēng)，由240 m至300 m處工作面壓差迅速下降，因此，可以判定，該部分為采空區(qū)向工作面內(nèi)漏風(fēng)。

在工作面壓能分析的基礎(chǔ)上，通過對(duì)漏風(fēng)測(cè)定數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和分析，將SF6濃度的差值換算為兩相鄰測(cè)點(diǎn)之間的風(fēng)量變化量，如圖5所示。

圖5中的“+”代表工作面向采空區(qū)內(nèi)漏風(fēng)，“-”代表采空區(qū)向工作面漏風(fēng)。通過2105工作面漏風(fēng)實(shí)測(cè)可知，工作面膠帶巷進(jìn)風(fēng)口方向前60 m范圍內(nèi)漏風(fēng)較少，僅向采空區(qū)內(nèi)漏進(jìn)30 m3/min的風(fēng)；切眼進(jìn)風(fēng)流方向第180～240 m范圍內(nèi)，由于高抽巷的抽采作用，漏風(fēng)量較大，達(dá)到255 m3/min；240～300 m范圍內(nèi)為采空區(qū)向工作面的漏風(fēng)有145 m3/min。

圖5 2105工作面漏風(fēng)分布

3 結(jié) 語

1) 基于氣壓計(jì)法對(duì)工作面通風(fēng)阻力進(jìn)行測(cè)定，通過工作面區(qū)域的阻力分布及壓能分析，確定出工作面由長切眼下隅角至其240 m，工作面漏風(fēng)方向?yàn)楣ぷ髅嫦虿煽諈^(qū)內(nèi)漏風(fēng)，由240 m至300 m為采空區(qū)向工作面內(nèi)漏風(fēng)。

2) 基于工作面區(qū)域阻力分布、壓能分析及示蹤氣體測(cè)漏風(fēng)原理，準(zhǔn)確確定出采空區(qū)漏風(fēng)量和漏風(fēng)通道分布情況。