王 坤
(潞安環(huán)能股份公司 常村煤礦,山西 長治 046102)
采場是一個(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)測定,為采空區(qū)及上隅角瓦斯治理奠定基礎(chǔ)[2-3]。
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。
2.1.1 氣壓計(jì)法
基于氣壓計(jì)法對2105綜放工作面的壓差分布進(jìn)行測定,是指用精密氣壓計(jì)測出工作面沿途兩測點(diǎn)間的相對靜壓差,再加上動(dòng)壓差和位能差,得出工作面測定路線上的壓能分布。
由能量方程知:
(1)
2.1.2 測點(diǎn)布置及步驟
在工作面布置測點(diǎn)時(shí),為了方便統(tǒng)計(jì)測點(diǎn)距離下隅角的距離,以液壓支架號為單位進(jìn)行布點(diǎn),液壓支架序號如圖1所示,膠帶巷進(jìn)風(fēng)口支架序號為1號,高抽巷下方對應(yīng)液壓支架編號為180號,軌道巷對應(yīng)液壓支架序號為200號。每隔十架布置一個(gè)測點(diǎn),其中在膠帶巷及回風(fēng)巷附近多布置一個(gè)測點(diǎn),共布置20個(gè)測點(diǎn)。
圖1 2105工作面支架編號
測試步驟:
1) 將一個(gè)精密氣壓計(jì)布置在200號支架位置,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。
2.2.1 示蹤氣體法測漏風(fēng)原理
對于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趨勢為:C1 (2) 圖2 連續(xù)正壓漏風(fēng)測量示意 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)測點(diǎn)布置如圖3所示。 圖3 2015工作面漏風(fēng)測點(diǎn)布置 圖中字母a~f為SF6釋放點(diǎn)位置,數(shù)字1~6為相對應(yīng)的監(jiān)測點(diǎn)位置,其中1~6監(jiān)測點(diǎn)相鄰兩點(diǎn)之間的間距為40 m。為了保證釋放SF6順序不會影響下一組的測量,因此,應(yīng)該采用“后退式”釋放及測量,即按照SF6釋放點(diǎn)的序號順序進(jìn)行釋放及監(jiān)測。 通過對工作面風(fēng)壓壓能測定數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和分析,將工作面風(fēng)流方向沿程相對壓力變化數(shù)值匯總為圖4所示。 圖4 工作面風(fēng)流相對壓力分布 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,通過對漏風(fēng)測定數(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 1) 基于氣壓計(jì)法對工作面通風(fēng)阻力進(jìn)行測定,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。2.3 結(jié)果與分析
3 結(jié) 語