Y型通風及瓦斯綜合治理技術研究

耿 丹

（山西省煤炭建設監理有限公司，山西 太原 030012）

井下瓦斯問題對煤礦安全構成了重大威脅，一旦瓦斯含量超標可能降低煤礦的開采效率，危及井下人員生命安全。不同煤層瓦斯含量有差異，采取的瓦斯治理方式也不同。對于井下瓦斯超標的解決方式一般采用采前預抽、邊抽邊采、U型通風，但隨著開采深度的增加，井下瓦斯問題更加復雜，隅角瓦斯含量超標問題經常發生，增加了開采難度，因此有必要對瓦斯含量高的區域進行研究，設計更加適用的通風系統。采用Y型通風方式的瓦斯治理技術以其優越的效果逐漸被廣泛應用，但仍然存在局部瓦斯超標現象.因此,有必要對此通風方式進行分析，確定合理的設計參數，以此提高瓦斯治理水平。

1 3110工作面通風系統的模擬分析

以太原東山煤礦3110工作面的實際情況為例，采用兩進一回的Y型通風方式，通過建立實際模型進行數值模擬分析。3110工作面原煤瓦斯的最高值為15.35m3/t，透氣指數為0.019m2/MPa·d，煤層傾角平均5°，煤層厚度平均2.85m。將工作面、采空區等開采區域視作長方體，忽略彎曲下沉影響，設定采空區和主副進風巷道參數。根據瓦斯涌出量相應計算方法，計算出垮落帶和裂隙帶的瓦斯涌出量分別為35.33m3/min和15.09m3/min，進而確定相應瓦斯總源相。根據理論分析的滲透率參數可計算出采空區各分區的粘性阻力系數。設置模型各項參數，通過數值模擬分析方法來研究Y型通風方式下的采空區瓦斯分布規律，如圖1所示，分別對工作面水平方向、寬度方向及垂直方向進行分析。

由分析結果可以得出，在工作面推進方向上瓦斯濃度隨進深增加不斷增大，當到達一定深度時瓦斯濃度逐漸穩定，為最高濃度；垂直方向上，底板瓦斯濃度低于頂層瓦斯濃度，邊緣處基本保持穩定的高、低濃度，中間部分從下向上呈逐漸上升趨勢；寬度方向上進風和回風濃度差別大，上隅角瓦斯濃度低沿空留巷充填體處存在瓦斯堆積現象，有必要進行埋管抽放以及高位鉆孔的瓦斯解決方式。

圖1 3110工作面采空區平面圖

2 瓦斯綜合治理系統設計

3110工作面以開采3號煤層為主，瓦斯60%以上來自采空區，應進行采空區瓦斯抽采。在工作面進風巷進行順層鉆孔處理，未開采先預抽。使用Y型通風方式，工作面兩側進風，避免了隅角瓦斯積聚現象發生，上層積聚瓦斯可通過抽采方式排出。頂板部位采用鉆孔方式預抽瓦斯，間距20m，采空區通過埋管抽采方式進行，間距15m。

2.1 鉆孔參數的研究

抽放負壓、時間、孔距都對瓦斯的抽放效果影響重大，因此應對其進行數值分析，通過對比不同的理論參數確定最優鉆孔排放方案。

（1）抽放負壓

分別取負壓20kPa到負壓40kPa的三個抽放負壓參數進行模擬實驗，得出瓦斯流量隨時間變化情況如圖2所示。

圖2 抽放負壓影響的瓦斯流量

由圖2可以看出，提高抽放負壓的方法可以提升瓦斯抽放水平，但對系統要求更高，因此綜合考慮抽放負壓可選為負壓20kPa到負壓30kPa。

（2）鉆孔直徑的選取

取不同直徑的鉆孔來進行模擬，結果如圖3所示。

圖3 孔徑影響的瓦斯流量

由圖3可以看出，大孔徑可明顯提高鉆孔抽取瓦斯的流量，可將孔徑取為120mm。

（3）抽放時間影響

取不同抽放時間進行模擬，得出不同抽放時間對鉆孔瓦斯流量的影響如圖4所示。

圖4 抽放時間影響的瓦斯流量

由圖4可以看出，抽放瓦斯流量隨抽放時間的增加呈指數下降并最終趨向穩定。

（4）鉆孔間距的選取

利用 fluent軟件模擬不同的孔距對瓦斯抽放效果的影響，模擬結果顯示的瓦斯壓力如圖5所示。

圖5 不同孔距影響的瓦斯壓力分布

如圖5可以看出，孔距增大后瓦斯壓力也隨著增大，孔距2m時最大壓力0.74MPa超出了要求的抽采壓力，所以合理的鉆孔距離應設置為1m。

2.2 Y型通風系統參數的研究

分別取不同的主、副進風巷進風比例（K=2：1、K=3：1、K=4：1）進行模擬，結果如下：主、副進風量配比不同時，比例越大上隅角渦流越小，進風量配比小時容易造成大渦流使得瓦斯積聚，配合相應經驗公式可得出配風比為3：1時瓦斯排出效果最好。

3 結論

本文針對煤礦井下瓦斯超標問題，對瓦斯分布及煤礦通風方式進行了研究，建立了太原東山煤礦3110工作面通風系統的實際模型，對其通風情況進行了模擬分析，根據模擬結果確定了瓦斯治理方法。對不同的抽放負壓、鉆孔直徑、鉆孔距離以及主副通風量配比進行了模擬分析，確定了合理的通風系統參數，提高了瓦斯治理水平，為煤礦瓦斯治理技術的提升提供了理論依據。