高瓦斯礦井特厚煤層綜放開(kāi)采通風(fēng)系統(tǒng)改造與優(yōu)化

白偉偉

(呂梁市煤礦機(jī)運(yùn)管理中心，山西 033000)

1 工作面地質(zhì)條件

8105工作面主采煤層平均厚度14.50m，普氏系數(shù)為2.7～3.7，煤層夾矸平均厚度0.96m。直接頂為泥巖、炭質(zhì)泥巖，部分賦存巖漿巖，厚度2.57～6.43m，平均厚度4.49m。老頂為細(xì)砂巖與含礫粗砂巖，厚度為11.8～39.55m，平均厚度為22.93m。

礦井為高瓦斯礦井，絕對(duì)瓦斯涌出量為71.3m3/min，相對(duì)瓦斯涌出量為1.88m3/t，布置的8105工作面面長(zhǎng)120m，推進(jìn)長(zhǎng)度為420m，采用“一進(jìn)兩回”的“U+I”型通風(fēng)方式。

2 工作面瓦斯積聚及通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化

對(duì)工作面瓦斯涌出量實(shí)測(cè)分析可知：8105工作面絕對(duì)瓦斯涌出量在正常回采和異常期間分別為25～35m3/min和40～45m3/min；8208工作面分別為30～40m3/min和45～50m3/min。

分析工作面瓦斯超限的影響因素：首先特厚煤層開(kāi)采，大量落煤使得短時(shí)間內(nèi)大量瓦斯釋放；其次放煤及頂板來(lái)壓垮落擠壓采空區(qū)，使得瓦斯涌進(jìn)工作面。

該工作面采用“U+I”型通風(fēng)方式，使用中存在以下問(wèn)題：

(1)根據(jù)圖1工作面高抽巷瓦斯分布情況可知，回采中瓦斯?jié)舛绕毡榇笥?.5%，且部分回采階段瓦斯超過(guò)了6.3%，超出煤礦安全的相關(guān)規(guī)定，使得工作面嚴(yán)重受到瓦斯災(zāi)害威脅。

圖1 8105工作面頂板高抽巷內(nèi)瓦斯?jié)舛确植?/p>

(2)對(duì)不同瓦斯抽放泵排放口瓦斯?jié)舛葯z測(cè)，見(jiàn)圖2，可知各泵處瓦斯?jié)舛榷酁?%～4.5%，部分回采階段瓦斯接近6%。表明部分區(qū)域瓦斯?jié)舛瘸蓿嬖谕咚贡ǖ仁鹿曙L(fēng)險(xiǎn)。

(3)“U+I”型通風(fēng)中高抽巷沿煤層布置，存在自燃隱患，且封閉抽放使得瓦斯抽放情況不能時(shí)時(shí)掌握。

(4)對(duì)“U+I”型通風(fēng)系統(tǒng)的風(fēng)量分配和瓦斯抽放情況分析，該通風(fēng)方式下工作面通風(fēng)不能有效稀釋瓦斯且供風(fēng)量不能進(jìn)一步提升。

根據(jù)瓦斯治理要求和規(guī)定，基于提高工作面通風(fēng)穩(wěn)定性、安全性和保證工作面高效回采目的，認(rèn)為現(xiàn)有U+I型通風(fēng)方式不能滿足工作面通風(fēng)需求。因此提出W+I型“兩進(jìn)兩回”式通風(fēng)系統(tǒng)，并對(duì)不同通風(fēng)方式進(jìn)行比較。

W+I型通風(fēng)系統(tǒng)為“兩進(jìn)兩回”(在現(xiàn)有 U+I 型通風(fēng)系統(tǒng)基礎(chǔ)上，新增一條進(jìn)風(fēng)巷)，其中兩側(cè)巷道進(jìn)風(fēng)，中間兩條巷道回風(fēng)。中間的兩條回風(fēng)巷，一條與進(jìn)風(fēng)巷同水平掘進(jìn)，作為回風(fēng)巷；一條沿工作面頂板掘進(jìn)，作為排瓦斯巷，且將瓦斯抽放管路埋入巷內(nèi)距工作面迎頭20m，并與瓦斯抽放泵相連接，進(jìn)行不封閉抽放，見(jiàn)圖3。

3 W+I型通風(fēng)效能模擬分析

采用COMSOL Multiphysics軟件計(jì)算流體力學(xué)CFD模塊建立礦井通風(fēng)數(shù)值模型，模型中巷道長(zhǎng)度425m，工作面長(zhǎng)度230m，對(duì)W+I型通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)流特征和瓦斯稀釋效果分析。得到如圖4、圖5和圖6所示通風(fēng)效果。

對(duì)圖4通風(fēng)速度分析，采用W+I型通風(fēng)布置后工作面兩進(jìn)風(fēng)巷道風(fēng)流較大，達(dá)到3m/s；在靠近巷道轉(zhuǎn)折點(diǎn)風(fēng)流速度迅速下降，接近0.1m/s；在工作面回風(fēng)順槽中風(fēng)速較大，為6～7m/s，最大達(dá)到9m/s。

圖2 8105工作面各抽放泵排放口瓦斯?jié)舛?/p>

圖3 W+I型通風(fēng)示意圖

圖4 工作面風(fēng)速等值線云圖

圖5 工作面通風(fēng)渦度等值線圖

圖6 工作面巷道瓦斯?jié)舛确植?/p>

分析圖5工作面渦度分布特征，在進(jìn)風(fēng)巷與工作面交匯點(diǎn)存在較明顯渦流，渦流速度為 1.325～8.602m/s；中部回風(fēng)巷與工作面交匯點(diǎn)存在最大渦流速度為17.268m/s，為瓦斯交易積聚區(qū)。

由上述分析可知，W+I型通風(fēng)系統(tǒng)布置方式中工作面風(fēng)流速度較大，通風(fēng)較順暢，對(duì)巷道拐角、交匯點(diǎn)瓦斯稀釋效果較明顯，可以滿足工作面生產(chǎn)對(duì)通風(fēng)的要求。

4 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果分析

根據(jù)提出的通風(fēng)方式和巷道布置，該礦在8105工作面進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)性試驗(yàn)，監(jiān)測(cè)得到如圖6所示工作面瓦斯?jié)舛确植肌?/p>

對(duì)圖6工作面巷道瓦斯?jié)舛确治觯捎肳+I型通風(fēng)布置后，中部回風(fēng)巷瓦斯?jié)舛茸畲鬄?.4%，且普遍小于0.35%，低于該礦瓦斯超限預(yù)警值，而其余巷道瓦斯?jié)舛染∮?.25%，工作面回采期間未發(fā)生瓦斯超限，且工作面供風(fēng)量滿足通風(fēng)要求。

在工業(yè)性試驗(yàn)期間，工作面安全推進(jìn)距離100m，回收煤炭資源18.8萬(wàn)t，取得了良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。