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        官地礦12605綜采工作面上隅角瓦斯積聚防治技術(shù)研究

        2020-09-10 07:22:44王國棟
        中國化工貿(mào)易·上旬刊 2020年2期

        王國棟

        摘 要:官地礦為解決12605綜采工作面開采過程中反復(fù)出現(xiàn)的上隅角瓦斯積聚現(xiàn)象,采用現(xiàn)場(chǎng)工程調(diào)研方法并利用FLUENT數(shù)值模擬軟件對(duì)不同通風(fēng)形式下的瓦斯?jié)舛冗M(jìn)行分析,研究發(fā)現(xiàn)采用Y型通風(fēng)取得良好治理效果。同時(shí)為了解決瓦斯活躍區(qū)的瓦斯?jié)舛却蟮膯栴},本文采取在活躍區(qū)進(jìn)行埋管抽采的方式對(duì)其進(jìn)行治理,發(fā)現(xiàn)當(dāng)埋管深度為15m時(shí)上隅角與回風(fēng)巷的瓦斯含量最低,為綜采工作面上隅角瓦斯治理提供了理論依據(jù)和工藝方法。

        關(guān)鍵詞:U型通風(fēng);FLUENT數(shù)值模擬;上隅角;瓦斯積聚

        隨著煤礦開采深度的增加開采規(guī)模的不斷增大,開采的煤層主要以賦存較為復(fù)雜的煤層為主。賦存復(fù)雜的煤層在采掘過程中開采時(shí)反復(fù)出現(xiàn)瓦斯聚集現(xiàn)象間接引發(fā)爆炸等安全事故,困擾煤礦的安全生產(chǎn)。在實(shí)際采掘過程中,對(duì)于瓦斯積聚的防治技術(shù)較多,但防治的效果差強(qiáng)人意。朱獻(xiàn)偉[1]采用數(shù)值模擬對(duì)L型通風(fēng)的綜采工作面采空區(qū)瓦斯抽采效果進(jìn)行驗(yàn)證,發(fā)現(xiàn)L型鉆孔抽采技術(shù)可有效解決上隅角瓦斯積聚的問題,達(dá)到了穩(wěn)定采空區(qū)的作用。張志晶[2]對(duì)綜采工作面開采過程中上隅角瓦斯異常涌出現(xiàn)象,提出在工作面采用U型通風(fēng)與高位鉆孔的方法對(duì)瓦斯進(jìn)行治理,有效解決了上隅角瓦斯超限問題,保證了礦山的安全生產(chǎn)。本文以官地礦12605為研究對(duì)象,對(duì)12605綜采工作面瓦斯進(jìn)行治理,利用數(shù)值模擬軟件對(duì)不同通風(fēng)條件下的瓦斯分布進(jìn)行研究,為治理官地礦瓦斯超限作出了貢獻(xiàn)。

        1 礦井通風(fēng)方式及瓦斯積聚規(guī)律研究

        官地礦位于西山煤田。井田內(nèi)主要含煤地層為石炭系上統(tǒng)太原組和二疊系下統(tǒng)山西組,共含煤14層,礦井年核定生產(chǎn)能力500萬t。12605工作面位于該礦南六采區(qū)2#煤層。工作面東北側(cè)為12603工作面,與該工作面相距23m,西南側(cè)為未采區(qū)。煤層平均厚度2.4m,埋深215~416m,煤層傾角5°,平均采高2.4m。正巷設(shè)計(jì)長度為931m,留巷長度730m。由于在礦山的實(shí)際生產(chǎn)過程中瓦斯涌出量較大,威脅著礦山設(shè)備及礦山人員的安全,所以對(duì)上隅角瓦斯進(jìn)行治理是十分有必要的。

        目前我國主要針對(duì)煤礦瓦斯治理的方法為增大礦井的通風(fēng)量、在井下設(shè)置擋風(fēng)墻,對(duì)礦井進(jìn)行設(shè)置上隅角風(fēng)簾等。但上述的治理方案雖然在一定程度上可以治理礦井瓦斯?jié)舛瘸薜膯栴},但同樣會(huì)大礦井的漏風(fēng)現(xiàn)象,從而引發(fā)礦山發(fā)生井下火災(zāi)。所以在一半治理礦山瓦斯問題時(shí),常常選用加大工作面的通風(fēng)量,改變或者優(yōu)化原有的通風(fēng)系統(tǒng)。現(xiàn)階段常見的通風(fēng)形式包括Y型通風(fēng)、U型通風(fēng)和聯(lián)合通風(fēng)系統(tǒng)。

        U型通風(fēng)是一種常見的一進(jìn)一回通風(fēng)系統(tǒng),此通風(fēng)系統(tǒng)不僅施工較為簡單快捷,同時(shí)此通風(fēng)系統(tǒng)化維修簡單,維修成本較低等。但由于采空區(qū)的空隙較大,造成部分風(fēng)流會(huì)攜帶礦井瓦斯進(jìn)行運(yùn)動(dòng),在回風(fēng)大巷的上隅角處形成瓦斯的渦流聚集區(qū),導(dǎo)致瓦斯在此部位濃度加大,危害礦井安全。U型通風(fēng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖1(a)所示。

        Y型通風(fēng)相比于U型通風(fēng)是一種升級(jí)的通風(fēng)系統(tǒng),通風(fēng)采用兩進(jìn)一回的通風(fēng)模式。在采空區(qū)的瓦斯隨著通入風(fēng)流進(jìn)行排出,與此同時(shí),在工作面的上下側(cè)由于處于進(jìn)入風(fēng)流位置,有效的解決了工作面上隅角形成瓦斯的超限問題,較好的改善了礦井回采工作面瓦斯超限的問題,有利于維持礦井的安全生產(chǎn)。但Y型通風(fēng)同樣具有一定的弊端,Y型通風(fēng)系統(tǒng)施工較為復(fù)雜且維護(hù)成本較大,所以從經(jīng)濟(jì)學(xué)角角度可以看出,Y型通風(fēng)也存在使用的局限性。Y型通風(fēng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖1(b)所示。

        U+L型通風(fēng)系統(tǒng)同樣為U型通風(fēng)的升級(jí),利用進(jìn)風(fēng)巷、尾巷、聯(lián)絡(luò)巷及回風(fēng)巷組成一井兩回式通風(fēng)系統(tǒng),其具有人工控制通風(fēng)量,控制風(fēng)巷的進(jìn)風(fēng)量比值等優(yōu)點(diǎn),可以在一定程度上解決礦井工作面上隅角瓦斯超限的問題,但此通風(fēng)方式會(huì)加大施工量及后期的維護(hù)成本,所以也存在一定的缺點(diǎn)。U+Y型通風(fēng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖1(c)所示。

        為驗(yàn)證不同的通風(fēng)系統(tǒng)下瓦斯分布規(guī)律,采用FLUENT模擬軟件以官地礦12605工作面為研究背景。對(duì)三種通風(fēng)系統(tǒng)下的瓦斯?jié)舛确植歼M(jìn)行研究,研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)采用U型通風(fēng)時(shí),此時(shí)在距離工作面10m的位置上隅角的瓦斯?jié)舛冗_(dá)到1%,但此時(shí)Y型通風(fēng)的上隅角瓦斯?jié)舛葍H為0.1%。隨著工作面的進(jìn)一步推進(jìn),U型通風(fēng)的瓦斯量快速升高,當(dāng)工作面推進(jìn)至150m時(shí),此時(shí)工作面上隅角的瓦斯?jié)舛纫呀?jīng)上升至65%。在工作面推進(jìn)至150m時(shí),此時(shí)u+L型通風(fēng)的瓦斯?jié)舛容^U型通風(fēng)有所降低,但瓦斯?jié)舛热匀桓哂?5%,所以也不否和安全的要求。繼續(xù)觀察Y型通風(fēng),可以發(fā)現(xiàn)隨著工作面的持續(xù)推進(jìn),瓦斯?jié)舛仁冀K保持一定的穩(wěn)定,且瓦斯?jié)舛茸罡卟怀^0.1%,可以看出U+L型通風(fēng)治理瓦斯?jié)舛鹊男Ч幱赨型通風(fēng)系統(tǒng)與Y型通風(fēng)之間,兩進(jìn)一回的通風(fēng)形式可以較好的治理上隅角瓦斯超限問題。

        2 瓦斯治理效果分析

        在開采過程中,由于瓦斯超限頻繁,嚴(yán)重影響著工作面的安全生產(chǎn)。官地礦針對(duì)瓦斯的分布規(guī)律進(jìn)行深入研究,對(duì)采用U型通風(fēng)對(duì)采空區(qū)的瓦斯流動(dòng)情況進(jìn)行分析,給出設(shè)定瓦斯涌出量為12~16m3/min,風(fēng)量設(shè)定為1500m3/min,并對(duì)采空區(qū)進(jìn)行簡化處理,進(jìn)風(fēng)回風(fēng)巷尺寸均設(shè)置為10m*4m,工作面設(shè)定為156m*6m,對(duì)模型進(jìn)行建立及網(wǎng)格劃分,根據(jù)礦山的實(shí)際地質(zhì)資料對(duì)模型的參數(shù)進(jìn)行設(shè)定,劃分完成后對(duì)模型進(jìn)行計(jì)算。

        通過模擬可知,隨著工作面的推進(jìn),上隅角向采空區(qū)的深部瓦斯?jié)舛瘸尸F(xiàn)出增大的趨勢(shì),距離工作面越遠(yuǎn)瓦斯的濃度含量越大。距離工作面10m~20m的范圍內(nèi),瓦斯?jié)舛鹊淖兓厔?shì)變化最為明顯。所以利用FLUENT模擬軟件對(duì)不同埋管深度下工作面瓦斯?jié)舛冗M(jìn)行模擬。埋管深度選擇為5m、15m、25m。模擬結(jié)果如圖2所示。

        從模擬可以看出,上隅角進(jìn)行埋管對(duì)瓦斯的治理效果較為明顯,可以有效的降低工作面上隅角瓦斯超限的問題。而當(dāng)埋管深度為5m時(shí)上隅角的瓦斯體積分?jǐn)?shù)為0.6%~0.9%,回風(fēng)巷的體積分?jǐn)?shù)為0.5%~0.75%。當(dāng)埋管深度為25m時(shí)上隅角的瓦斯體積分?jǐn)?shù)為0.7%~0.95%,回風(fēng)巷的體積分?jǐn)?shù)為0.5%~0.70%。當(dāng)埋管的深度為15m時(shí),此時(shí)對(duì)工作面的瓦斯抽采效果最為理想,上隅角的瓦斯體積分?jǐn)?shù)最低為0.5%~0.8%,回風(fēng)巷的體積分?jǐn)?shù)為0.4%~0.60%有效的降低了工作面上隅角的瓦斯?jié)舛瘸迒栴},所以埋管深度為15m時(shí)的抽采效果最佳。

        3 結(jié)論

        ①官地礦采用FLUENT數(shù)值模擬軟件對(duì)不同通風(fēng)方式下的瓦斯分布規(guī)律進(jìn)行進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn),采用U型通風(fēng)和U+L型通風(fēng)時(shí),瓦斯的濃度隨著工作面的推進(jìn)持續(xù)增大,而Y型通風(fēng)的瓦斯?jié)舛炔浑S工作面的推進(jìn)而發(fā)生改變;②根據(jù)對(duì)采空區(qū)及工作面瓦斯較為活躍的位置進(jìn)行埋管抽采瓦斯可以有效的降低工作面及采空區(qū)的瓦斯?jié)舛?,維護(hù)巷道安全。通過模擬對(duì)不同埋管深度下工作面瓦斯?jié)舛冗M(jìn)行分析后發(fā)現(xiàn),當(dāng)埋管深度為15m時(shí)上隅角與回風(fēng)巷的瓦斯含量減少,有效防治了上隅角瓦斯超限問題。

        參考文獻(xiàn):

        [1]朱獻(xiàn)偉,蔡宏亮,張曉雷.綜采工作面上隅角瓦斯積聚防治技術(shù)研究[J].煤炭技術(shù),2014(11):21-23.

        [2]張志晶.綜采工作面上隅角瓦斯治理技術(shù)研究[J].能源與節(jié)能,2014(4):176-177.

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