王建君

山西省鄉(xiāng)寧縣應(yīng)急管理局 山西鄉(xiāng)寧 042100

隨著煤層地質(zhì)賦存條件的差異，相應(yīng)瓦斯氣體含量差別較大，在未開采情況下，盡管煤層內(nèi)的瓦斯氣體壓力可達(dá)十幾兆帕，但由于地層結(jié)構(gòu)和壓力穩(wěn)定，因此瓦斯?fàn)顟B(tài)比較穩(wěn)定，主要以吸附或游離狀態(tài)廣泛存在。采煤過程中，巷道掘進(jìn)、工作面回采、頂板垮落等都會引起較大的巖層結(jié)構(gòu)變化，原有的壓力平衡狀態(tài)失穩(wěn)，瓦斯氣體在巖層和巷道內(nèi)發(fā)生由高密度區(qū)向低密度區(qū)、由高壓區(qū)向低壓區(qū)的自發(fā)性擴(kuò)散。

高抽巷是降低工作面回采過程中瓦斯?jié)舛茸顬橛行У氖侄?，在高瓦斯礦井生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用，其原理是在回采工作面頂板中，與回采工作面保持一定垂高、與回風(fēng)巷相對平行且保持一定水平距離，沿工作面走向布置的抽放瓦斯通道。煤層采動后，采空區(qū)上覆巖層會因原有應(yīng)力遭到破壞，在垂直方向由下至上形成垮落帶、斷裂帶和彎曲下沉帶，垮落帶和斷裂帶統(tǒng)稱為裂隙帶。裂隙帶的存在為采空區(qū)瓦斯運(yùn)移和儲存提供了通道和空間，也為高抽巷抽放瓦斯創(chuàng)造了條件，所以按照高抽巷工作原理，高抽巷一般布置在頂板裂隙帶內(nèi)，并且基于裂隙帶瓦斯積聚位置選擇高抽巷的最佳布置層位，即高抽巷布置的參數(shù)優(yōu)化。

實踐表明，合理的巷道通風(fēng)布置可有效降低局部區(qū)域的瓦斯聚集，且為生產(chǎn)活動不斷提供新鮮風(fēng)流，因此井下通風(fēng)設(shè)計對于煤礦安全生產(chǎn)尤為重要。本文所研究綜采工作面采用傳統(tǒng)的U 型通風(fēng)方式，基本可滿足生產(chǎn)需求，但仍存在回風(fēng)隅角瓦斯?jié)舛绕叩葐栴}，為進(jìn)一步提高生產(chǎn)過程的安全性和穩(wěn)定性，本文將對通風(fēng)方式的效果和巷道參數(shù)等進(jìn)行研究[1]。

1 某礦采掘工作面概況

某煤業(yè)集團(tuán)主要開采3#與15#煤層，瓦斯絕對與相對涌出量分別為63m3/min 和15m3/t，屬于高瓦斯礦井。3#煤層為首采工作面，具有含量較大的瓦斯，加之受鄰近煤層及采空區(qū)瓦斯涌出量的影響，短時間內(nèi)雖然可以完成瓦斯的有效抽放，但采掘期間會出現(xiàn)有毒氣體，因此應(yīng)選擇合理的通風(fēng)方式，稀釋有毒氣體，改善礦井的工作環(huán)境，有效治理瓦斯。綜合考慮各種因素，該礦決定采用并列雙U 型通風(fēng)方式。

2 常見通風(fēng)方式優(yōu)缺點分析

中央并列式通風(fēng)方式，在應(yīng)用過程當(dāng)中的優(yōu)勢在于，進(jìn)風(fēng)井和回風(fēng)井都設(shè)置在礦井的中間區(qū)域整個建設(shè)的周期相對較短、同時經(jīng)濟(jì)成本投入較低，煤礦開采的速率較快并且管理工作比較簡單，但是存在的缺點是，礦井下的風(fēng)流會產(chǎn)生折返式流動的狀況，井底局部區(qū)域會存在漏風(fēng)量較大以及新鮮風(fēng)被污染等方面的問題。中央邊界式通風(fēng)結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢在于通風(fēng)，結(jié)構(gòu)內(nèi)部的風(fēng)體阻力相對較小，同時外部進(jìn)來的新鮮問題不會受到不良污染，主要的缺陷問題在于分體的流動線路相對較長，同時風(fēng)量的損耗量較大。

兩側(cè)對角式通風(fēng)方式的優(yōu)勢在于整個通風(fēng)系統(tǒng)內(nèi)部的線路距離相對較短，并且主力較小所設(shè)定的安全出口相對較多，在煤礦的開采過程當(dāng)中可以對抗到內(nèi)部的風(fēng)量大小進(jìn)行有效的調(diào)節(jié)，充分保證煤礦井下風(fēng)壓的穩(wěn)定性。但是這種通風(fēng)形式具有的缺陷在于前期的經(jīng)濟(jì)投資相對較大，并且在井口附近區(qū)域范圍內(nèi)安全程度較低，同時壓煤量過大[2]。

隨著新階段我國煤礦開采的深度不斷上漲，在整個開采的強(qiáng)度上也在不斷提升，煤礦巷道采空區(qū)范圍內(nèi)的瓦斯?jié)舛仍絹碓礁?，因為煤礦開采工作面和采礦區(qū)范圍內(nèi)存在的壓力差，如果沒有對采空區(qū)域范圍內(nèi)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行良好的治理，那么采礦區(qū)當(dāng)中的瓦斯會不斷朝著煤礦開采工作面的方向上不斷流動，直接造成了煤礦開采區(qū)域當(dāng)中的瓦斯含量上漲，進(jìn)而造成了不安全性事故的產(chǎn)生。

第一，在工作面碰到的五角范圍內(nèi)正對著一條進(jìn)風(fēng)巷道，由于進(jìn)風(fēng)行道的壓力較大，在很大程度上有效抑制了工作面當(dāng)中口角內(nèi)部的瓦斯的流動，進(jìn)而可以保證瓦斯可以從尾向區(qū)范圍內(nèi)流出，對整個開采工作面形成了良好的瓦斯抑制效果。

第二，因為進(jìn)風(fēng)巷區(qū)域范圍內(nèi)的壓力不斷上漲，依照風(fēng)壓平衡工作原理在采風(fēng)區(qū)域范圍內(nèi)的漏風(fēng)風(fēng)流大部分都涌入到了回風(fēng)巷道內(nèi)部，隨著回風(fēng)流從風(fēng)井當(dāng)中的不斷排出，在很大程度上改善了開采工作人員當(dāng)中瓦斯含量過高等方面的問題。采用U+L 型進(jìn)風(fēng)方法，主要是以回風(fēng)向瓦斯治理的方式作為出發(fā)點，有效運(yùn)用風(fēng)流來提高井下瓦斯的擴(kuò)散以及運(yùn)行的效率，降低了局部瓦斯的含量，有效避免了由于局部瓦斯含量過高，而對整個開采環(huán)境形成不良的影響。

3 高抽巷對瓦斯分布的影響分析

3.1 系統(tǒng)建模

以本文所研究綜采工作面一進(jìn)一回的U 型通風(fēng)方式為例，經(jīng)過結(jié)構(gòu)簡化后，在FLUENT 軟件中建立其通風(fēng)巷道模型，巷道參數(shù)按第1 節(jié)概況所述。另外，需假設(shè)采空區(qū)垮落巖石為非均勻多孔介質(zhì)，冒落帶孔隙率為0.25，裂隙帶的孔隙率為0.1。另外，忽略通道內(nèi)各種機(jī)械設(shè)備對氣流的影響。

3.2 U 型通風(fēng)方式模擬結(jié)果

在沒有高抽巷的情況下，采空區(qū)內(nèi)的瓦斯氣體隨風(fēng)流在回風(fēng)巷口聚集并排出，但由于回風(fēng)隅角渦流的存在，該位置的瓦斯?jié)舛炔灰卓刂?，容易出現(xiàn)瓦斯聚集和偏高的情況，模擬發(fā)現(xiàn)，在靠近巷口位置的最高瓦斯?jié)舛瓤蛇_(dá)0.6%左右，低于停工臨界濃度0.8%。但當(dāng)開采至瓦斯富集濃度較高的煤層時，仍可能出現(xiàn)瓦斯?jié)舛瘸?，并觸發(fā)報警[3]。

3.3 增加高抽巷后模擬結(jié)果

相比單純的U 型通風(fēng)，采空區(qū)的瓦斯分布變化較小，但在靠近回風(fēng)巷口一側(cè)，由于增加了高抽巷，使部分采空區(qū)瓦斯由高抽巷排除，因此避免了大量采空區(qū)瓦斯在回風(fēng)巷上隅角的聚集，該區(qū)域的瓦斯?jié)舛冉档椭?.2%左右。

4 結(jié)語

通過以上研究可知，對于中低瓦斯風(fēng)險的礦井工作面，在U型通風(fēng)方式基礎(chǔ)上增加高抽巷，并對其層位進(jìn)行合理計算和設(shè)置，可有效避免回風(fēng)隅角瓦斯聚集，保障生產(chǎn)安全性和工作面瓦斯?jié)舛瓤刂频姆€(wěn)定性。