“W”型通風(fēng)系統(tǒng)采空區(qū)漏風(fēng)路線測(cè)定的研究與分析

孫智勛

（中國(guó)平煤神馬集團(tuán)平煤股份煤炭開采利用研究院，河南 平頂山 467000）

河南平寶煤業(yè)有限公司位于平頂山市東北25公里處，礦井核定生產(chǎn)能力240萬(wàn)噸/年，服務(wù)年限92年，屬于煤與瓦斯突出礦井，礦井主采己15.17煤層，屬于自燃煤層，自燃等級(jí)為Ⅱ級(jí)。礦井采用中央分列抽出式，主井、副井、中央進(jìn)風(fēng)井進(jìn)風(fēng)，中央回風(fēng)井回風(fēng)。己15.17-12090采面位于己二東翼采區(qū)第五個(gè)區(qū)段，該采面采用“W”型通風(fēng)系統(tǒng)，機(jī)巷、中煤巷進(jìn)風(fēng)，風(fēng)巷回風(fēng)，配風(fēng)量2408m3/min，采空區(qū)漏風(fēng)氧化自燃是導(dǎo)致礦井火災(zāi)的主要因素，因此準(zhǔn)確的測(cè)定采空區(qū)的漏風(fēng)路線、漏風(fēng)量，科學(xué)采取預(yù)防煤層自燃發(fā)火措施，是確保礦井安全生的重要依據(jù)。

漏風(fēng)檢測(cè)方法

一、“W”型通風(fēng)系統(tǒng)采空區(qū)漏風(fēng)路線測(cè)定原理及方案

（一）測(cè)式原理

示蹤氣體測(cè)試是采用風(fēng)流或漏風(fēng)作為載氣，在特定路徑或采樣點(diǎn)采集氣體，判斷其中是否含有示蹤氣體或測(cè)試其濃度，以此判斷釋放點(diǎn)與采集點(diǎn)之間的風(fēng)流導(dǎo)通性或漏風(fēng)大小。現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試用的示蹤氣體，一般要求無害、穩(wěn)定性好、便于檢測(cè)，檢測(cè)精度高、測(cè)試點(diǎn)無或本底濃度低。示蹤氣體在采空區(qū)流動(dòng)過程為氣體在多孔介質(zhì)中的彌散過程，其濃度值不僅隨風(fēng)流動(dòng)向發(fā)生變化，在垂直流動(dòng)方向也發(fā)生動(dòng)力彌散，不考慮示蹤氣體的產(chǎn)生與消失，則可用式（1-1）表達(dá)濃度隨時(shí)間和運(yùn)移距離的關(guān)系。

式中：D為彌散系數(shù)，X為示蹤氣體運(yùn)移距離，V為采空區(qū)漏風(fēng)速度，C為示蹤氣體濃度，T為運(yùn)移時(shí)間，由公式（1-1）可知，垂直流動(dòng)的空間，同一時(shí)間，不同位置測(cè)式的示蹤氣體濃度表現(xiàn)為以漏風(fēng)點(diǎn)為中心向四周逐漸減小的曲面圓錐體。

（二）測(cè)定方案

1.釋放氣體及方法。示蹤氣體采用SF6釋放方法為定點(diǎn)均衡釋放。

2.釋放位置。考慮到工作面風(fēng)流流動(dòng)特性，在工作面下隅角、進(jìn)風(fēng)側(cè)采空區(qū)，采用預(yù)先埋管，利用埋管將示蹤氣體釋放至采空區(qū)深部約10m位置，如圖1-2所示。

3.采樣點(diǎn)。為了檢測(cè)示蹤氣體在采空區(qū)內(nèi)流動(dòng)軌跡，采樣點(diǎn)沿工作面傾向方向一字排開，如圖1-2所示，為確各采樣點(diǎn)采集的氣體來自采空區(qū)而非巷道風(fēng)流，采樣點(diǎn)的氣體采用鋼管插入架后架方法，借助軟管采集架后氣體。

4.采樣方法。采樣方法為人工采樣，時(shí)間間隔為5-10分鐘，取樣采用不銹鋼抽氣筒，取樣袋采用自制塑料袋，采樣時(shí)利用抽氣筒從抽采管連接的軟管上抽氣，然后利用針頭插入采樣袋子，將抽取的氣體打入取樣袋子，利用透明膠袋封堵針孔，每次采樣在采樣袋上記錄采樣地點(diǎn)、采樣日期和采樣時(shí)間。

5.氣體分析。采集的示蹤氣體采用北京分瑞利分析儀器（集團(tuán)）有限責(zé)任公司生的SP-3420氣象色譜儀進(jìn)行分析，檢測(cè)各采樣點(diǎn)不同時(shí)間的示蹤氣體濃度。

二、“W”型采煤工作面通風(fēng)系統(tǒng)漏風(fēng)檢測(cè)過程

（一）示蹤氣體的釋放及采樣

示蹤氣體釋放開始時(shí)間為上午11：15分，采用衡量釋放的方法，釋放流量為40ml/min，13：00關(guān)閉釋放鋼瓶的閥門，由于采用減壓閥控制，流量保持為40ml/min的時(shí)間為13：10，其后釋放流量開始衰減，至13：15分流量衰減為0，釋放結(jié)束，以衡量釋放為標(biāo)準(zhǔn)，有效釋放量為115min。

（二）采樣

采樣地點(diǎn)采樣時(shí)間從上午10：15至13：20，持續(xù)約185min，各采樣人員到達(dá)預(yù)定地點(diǎn)后，即開始采集氣體，釋放結(jié)束后，通知各采樣地點(diǎn)結(jié)束采樣。如表2-1

表2-1 采樣地點(diǎn)位置

三、測(cè)試結(jié)果及分析

（一）測(cè)試結(jié)果

采集的氣樣于受采樣地點(diǎn)環(huán)境影響，尤其是采樣地點(diǎn)風(fēng)流影響大，采集樣品中采集到的示蹤氣體基本情況如表3-1的所示。

表3-1 各采樣地點(diǎn)采集到示蹤氣體情況

（二）測(cè)度結(jié)果分析

1.示蹤氣體濃度分布特征。將各采樣點(diǎn)檢測(cè)到示蹤氣體的氣樣，按其體積分?jǐn)?shù)（濃度）大小在直角坐標(biāo)圖中繪制出來，并對(duì)各采樣點(diǎn)示蹤氣體體積分?jǐn)?shù)分布特征進(jìn)行曲線擬合，如圖3-1所示。

沿工作面面長(zhǎng)方向，從布置的測(cè)點(diǎn)采集到的示蹤氣體濃度值看，示蹤氣體濃度值是先增大，再減小，再增大的特征，主原因是工作面巷道布置特征、工作面通風(fēng)系統(tǒng)以及瓦斯抽采系統(tǒng)，圖3-2是工作面下隅角為能位起點(diǎn)，沿工作面長(zhǎng)方向的風(fēng)流壓能分布測(cè)試結(jié)果，中間巷的使用，使采空區(qū)能位分布有別于傳統(tǒng)的“U”型通風(fēng)方式，在中巷附近和工作面回風(fēng)巷形成雙低壓區(qū)。負(fù)壓易于向該區(qū)域流動(dòng)，示蹤氣體在漏風(fēng)風(fēng)流帶動(dòng)下，在該區(qū)域相應(yīng)就能易于檢測(cè)，檢測(cè)的示蹤氣體濃度相對(duì)就高，從而表現(xiàn)出圖3-1所示特征。

2.漏風(fēng)方向。從圖3-1中可以看出沿工作面長(zhǎng)風(fēng)流流動(dòng)方向，距離工作面機(jī)巷約100m處，工作面架后開始檢測(cè)到進(jìn)風(fēng)側(cè)釋放的示蹤氣體，但濃度很小，僅0.0108×10-6，相對(duì)于其他采樣點(diǎn)采集到的示蹤氣體濃度值，基本可以忽略，但該采樣點(diǎn)能檢測(cè)到示蹤氣體，說明該檢測(cè)點(diǎn)位置的漏風(fēng)方向是從采空區(qū)向工作面空間漏風(fēng)。

四、結(jié)論

（一）通過運(yùn)用釋放示蹤氣體SF6，SP-3420氣象色譜儀進(jìn)行分析，“W”型綜采工作面通風(fēng)系統(tǒng)下隅角是采空區(qū)漏風(fēng)的主要通道，上隅角是采空區(qū)漏風(fēng)的主要匯合處，因此下隅角封堵是做好回采期間防煤層自燃發(fā)火的主要工作。

（二）在工作面面長(zhǎng)方向，距離工作面機(jī)巷約100m左右，漏風(fēng)是由工作面向采空區(qū)方向；100～260m范圍是由采空區(qū)向工作面方向漏風(fēng)。