工作面局部通風系統優化及堵漏風技術

岳廣英

（大同煤礦集團安全管理監察局，山西 大同 037003）

防治采空區煤體自燃的有效途徑為減少通風風流向采空區分流，減少碎煤和遺煤與空氣接觸的機會[1]。因此，應首先對該局部通風系統的通風方式及風量進行優化并采取有效的堵漏風措施[2]。將風流充入工作面時，從進風到回風、巷道沿途都應進行精確監測，監測沿空留巷過程中的漏風位置及大小[3]。將監測數據輸入FLUENT軟件，模擬分析漏風的區域，以此為依據，設計更加合理的通風方式。采用并研究了新型噴涂堵漏風材料及工藝[4]。

1 工作面漏風規律監測分析

綜采工作面回采一段時間后，應對其采空區沿空留巷部分巷段進行測風，工作面沿空留巷測風點間距為100m，編號形式為An（n=1，2，3…），運輸順槽及沿空留巷分別布置測點為B1，B2。與此同時，實時監測工作面回風巷的總風量并記錄。

2 工作面漏風規律模擬分析

2.1 模型建立

根據現采的工作面實際情況：采空區走向長200m，傾斜長202.5m，垮落帶高度13m。工作面進風巷寬5m、高3.8m，回風巷寬5m、高2.5m。建立通風系統幾何數值模型如圖1所示。其中幾何模型中巷1表示工作面軌道順槽，巷2表示工作面運輸順槽，巷3表示工作面運輸順槽。

圖1 通風系統幾何數值模型

2.2 模擬參數及邊界條件

從工作面頂板垮落帶中巖石冒落和被壓實狀態，分析出孔隙率、滲透率，建模時，將相鄰工作面區段之間的沿空留巷巷道設置為多孔階躍邊界，滲透率取10～14m2。工作面瓦斯濃度較低，可以忽略其影響，將空氣成分看做O2和N2的混合體。為了更好地研究漏風狀態，將工作面氣體的初始狀態全部看做N2，以此判斷氧氣的擴散狀態。采用速度入口和壓力出口，單條巷道進風量為650m3/min。

3 模擬結果及分析

3.1 工作面“Y型”通風方式模擬

如圖2所示，巷1、巷2進風，巷3回風，即工作面軌道順槽與運輸順槽進風，工作面運輸順槽回風。采空區風速大小變化模擬結果如圖2，氧濃度大小變化規律模擬結果如圖3所示。

圖2 工作面采空區風速等值線分布圖

圖3 工作面采空區氧氣濃度分布云圖

3.2 工作面“W型”通風方式模擬

巷1、巷3進風，巷2回風，即8307工作面軌道順槽與8306工作面運輸順槽進風，8307工作面運輸順槽回風。而風速變化情況如圖4，氧氣含量的動態變化如圖5所示。

（1）從上述模擬得知：采用“W型”通風，運順順槽和工作面交匯處風速等值線較高，（＞0.1m/s），模擬風速在0.02～0.01m/s；使用“Y型”通風，交匯處等值線較低（<0.1m/s），風速模擬為0.05～002m/s。前者漏風量更大。

（2）采用“W型”通風時，在8306工作面附近，氧含量云圖區域為0.185～0.135，采用“Y型”通風時，氧含量云圖區域為0.15～0.105；工作面軌順內氧含量較小，即漏風量較小。

圖4 工作面采空區風速等值線分布圖

圖5 工作面采空區氧氣濃度分布云圖

通過上述模擬得到，沿空留巷采用“W型”通風時，留巷是與采空區相通的，向采空區漏風的幾率更大，更容易產生自燃，產生有害氣體。

4 減少工作面漏風技術措施及漏風監測結果與分析

4.1 減少工作面漏風技術措施

綜合比較現有技術措施，決定采用新型噴涂堵漏風材料來減少沿空留巷向采空區的漏風，因此，需要從噴涂材料的基礎特性方面開展研究工作，開發出經濟、實用的新技術。新型復合漿體噴涂技術是建立在傳統噴涂工藝基礎上，根據井工礦開采中井巷及煤層地質的實際條件，以黃泥、水泥及礦用噴涂添加劑等為漿體的主要原材料，結合成套的噴涂設備或礦井已有的灌漿站，依靠礦井壓風和電力系統，將復合漿液噴至巷道壁面，并在很短時間內凝結硬化而起到防水、防腐、隔絕空氣或支護等作用的技術。新型復合漿體噴涂技術對比傳統的噴涂技術，主要具有材料成本低、粉塵濃度小、回彈率低及一定的抗變形性能。

4.2 漏風監測結果與分析

4.2.1 堵漏前漏風測試

根據10202的測點布置及漏風測試，得到了工作面風量及漏風數據，見表1所示。

表1 工作面風量及漏風數據表

據表1可知：①進風流漏入采空區的風量為161.2m3/min，漏入區段集中在進風巷沿工作面傾向30m范圍內；②漏入風量被分割成兩部分，一部分經采空區進入回風系統，另一部分經采空區，由地表裂隙排出，驗證了地表漏風通道的存在；③其中經采空區進入回風系統的風量為71.2m3/min，經地表排出為90m3/min。

檢測期間在2014年11月份，井下溫度高于地表溫度，考慮到地表裂隙的存在，造成漏風風流由地表裂隙排出的原因，主要是因溫度差及高差導致的自然風壓造成的。但這種漏風模式，對采空區極為不利，因為漏風風流貫穿采空區，漏風區域比較大。

4.2.2 堵漏措施后漏風測定結果

為了掌握堵漏措施的有效性，在措施實施后，對工作面的漏風情況進行了再次測定，為了分析措施的效果，測試方案與之前相同，得到了堵漏后的漏風特征，如圖6所示。

圖6 堵漏措施下工作面漏風特征圖

由圖6可以看出，在井上下堵漏措施實施后，工作面的漏風情況如下：①進風流漏入采空區的風量為76.1m3/min，漏入區段集中在進風巷沿工作面傾向60m范圍內；②經采空區進入回風系統的風量為52.1m3/min，經地表排出為24m3/min；③地表裂隙通道仍舊存在。

通過對比分析堵漏前后看出，堵漏后具有以下主要特征：①漏風量由161.2m3/min降低到76.1m3/min，降低了85.1m3/ min；②地表漏風量由90m3/min降低到24m3/min，降低了66m3/min；③堵漏后因后部增阻，工作面漏風區段的長度增加。通過漏入風量及地表漏風量的變化情況來看，堵漏后采空區漏風量整體降低了85.1m3/min，地表漏風量下降了66m3/min，說明實施的封堵措施對抑制采空區漏風起到了很好的作用。

5 結論

（1）由數值模擬分析，得出現采工作面采用無煤柱沿空留巷“W型”通風方式條件下采空區漏風量比“Y型”大，故該工作面通風系統應按“Y型”通風方式布置，即工作面軌道順槽與運輸順槽進風，工作面運輸順槽回風，從而避免采空區大面積漏風。

（2）綜合比較現有技術措施，決定采用噴涂堵漏風材料來減少沿空留巷向采空區的漏風。該材料以黃土、水泥為基料，配以玻璃纖維及噴涂添加劑，按質量以1.5：1：0.003：0.02的比例進行配制，采用井下移動式噴涂系統進行施工。

（3）采取堵漏措施后，采空區整體漏風量下降了85.1m3/min，地表漏風量下降了66m3/min，封堵措施成效顯著。