厚煤層一次采全高綜采工作面均壓通風技術研究

李鵬飛

【摘 要】 針對厚煤層一次采全高綜采面上隅角CO濃度超限的問題，文章采用工作面風路風量、風壓數據分析、數值模擬的方法對采空區內火源、溫度、CO等情況進行研究，通過均壓通風措施進行防滅火，解決了工作面火災危險。研究結果表明：1. 采空區內溫度比較高的區域靠近運輸順槽;2. 均壓防滅火措施可以有效解決工作面風路中風壓壓降較大的問題;3. 均壓防滅火技術實施后，工作面上隅角未出現超限的情況。由于均壓防滅火技術具有工程量小、操作簡單的特點，研究結果對于類似礦井防滅火工作具有一定指導意義。

【關鍵詞】 CO超限;均壓通風;擋幕設置;效果考察

【中圖分類號】 TD724 【文獻標識碼】 A 【文章編號】 2096-4102（2021）06-0010-03

綜合機械化開采過程中，厚煤層一次采全高，煤層開采完畢后采空區出現漏風情況。由于漏風情況出現，部分新鮮風流流入采空區，導致采空區內遺煤自燃，上隅角CO濃度升高，嚴重影響礦井安全生產。目前我國專家學者關于該問題已經做過大量研究，安徽理工大學周亮博士進行了高瓦斯礦井采空區遺煤自燃預警相關研究，闡述了高瓦斯礦井采空區自燃時敏感指標;褚廷湘博士進行了頂板巷瓦斯抽采工程對遺煤自燃影響研究;劉偉博士對采空區發火過程進行了多場耦合模擬研究;其他專家學者也做過采空區內遺煤自燃規律及火災防治相關研究。目前研究成果主要針對于發火規律，制定的治理措施以注漿為主，存在工程量大、對回采進度影響大的問題。而均壓通風技術具有工程量少、滅火效果佳的特點，可作為采空區防滅火技術的另一種思路。

山西某礦工作面一次性采全高，回采過程中存在上隅角CO濃度超標、遺煤自燃的問題。為解決該問題，現進行均壓通風技術防滅火分析，以期得到一些有益的結論。

1 工程概況

山西某礦主采煤層為8#煤層，煤層厚度4m，煤層直接頂板為泥巖，泥巖平均厚度1.2m，泥巖上覆巖層為細質砂巖，平均厚度4.5m。目前在采工作面為8102工作面，工作面走向長度1976m，切眼長度188m，工作面采用綜合機械化采煤法，一次采全高。其中8#煤工業參數如表1所示，

2 采空區流場及自燃模擬研究

礦井工作面采空區遺煤出現漏風情況，導致大量新鮮空氣流入采空區，為研究采空區內遺煤自燃情況，進行采空區內流場和自燃數值模擬研究。采用多場耦合模擬軟件COMSOL Multiphysics，該軟件可以模擬多場耦合作用下，采空區內流體運移規律及溫度場分布情況。

根據模型進行數值模擬得出采空區壓力場、風速場、溫度場如圖1所示。

根據圖1可知，采空區工作面運輸順槽一端風壓較大，氧氣濃度較高;回風巷一側風壓較小，氧氣濃度較低。距離采面50-150m范圍內容易出現溫度過高現象，高溫區域靠近運輸順槽一側較大。

通過數值模擬研究可知，風壓會影響工作面氧氣分布和發火位置點。適當地調節風壓可控制發火面積。

3 工作面風壓、風量測定及分析

8102工作面回采期間，出現工作面上隅角CO嚴重超限的現象，根據現場CO濃度統計分析，在過去的21天內，CO超限次數為5次，濃度最高時達到0.036%，嚴重超過臨界值0.0024%。CO主要是采空區中的遺煤自燃所導致的，當工作面大量漏風，部分新鮮風流流入采空區后又從采空區流入回風巷，采空區內的遺煤、矸石和新鮮風流中的氧氣接觸產生自燃，最終導致工作面上隅角CO濃度超限。

目前工作面配風量比較大，為研究以上問題出現的原因，現對8102工作面運輸順槽、回風順槽沿線風路中的風量、風壓進行測定，測點布置如圖2所示。

各個測點風量、風壓如表2所示。

通過分析測點數據可知，1#測點到2#測點之間風量和風壓變化降低量比較少，兩個測點相距120m，風量損失20m3/min，風壓降低2Pa;2#測點與3#測點之間風壓損失比較大，經過一個工作面，總距離約為203m，風量損失了440m3/min，風壓降低了399Pa;3#測點到4#測點之間風量和風壓變化降低量比較少，兩個測點相距100m，風量損失1m3/min，風壓降低20Pa。根據測試，1#測點到2#測點之間風量衰減率為0.17m2/min，風壓衰減率為0.17Pa/m;2#測點到3#測點之間風量衰減率為2.17m2/min，風壓衰減率為1.97Pa/m;3#測點到4#測點之間風量衰減率為0.02m2/min，風壓衰減率為0.2Pa/m，綜上所述，經過工作面區域風量風壓衰減率是運輸順槽風量風壓衰減率的12.8倍和11.59倍;經過工作面區域風量風壓衰減率是回風順槽風量風壓衰減率的108.5倍和9.85倍，因此推測，工作面區域存在嚴重漏風現象。

4 均壓通風技術措施

根據8102工作面風量、風壓統計結果分析可知，運輸順槽提供的風量比較大，風壓也較大，8102工作面采高較高，工作面區域極容易產生封堵不良區域，導致漏風現象，因此適當降低風壓可以有效控制流入采空區風量。主要方法為在運輸順槽設置風幕，在運輸順槽設置一定的邊界圍擋，形成局部風阻，降低運輸順槽的風壓，這樣可以有效降低運輸順槽到回風順槽的壓降，從而降低流經工作面風流風壓損失，減小工作面風量損失。主要措施設計圖如圖3所示，將運輸順槽18m2的斷面縮小到15.6m2。

5效果考察

在1#測點和2#測點之間設置擋幕后，對各測點風量和風壓進行測試，通過和未設置前的風量風壓測試數據對比，結果如圖4所示。

設置完成擋幕時，1#測點到4#測點風量降低了400m3/min，壓力降低了311Pa，其中主要降低位置點為1#測點和2#測點之間，通過對比可知，設置完成擋幕后，風路中整體的降低速率比較平緩。

擋幕設置完成后對8102工作面上隅角CO濃度進行為期一個月的數據檢測，檢測結果如圖5所示。

通過為期31天的測試，8102工作面上隅角瓦斯濃度均未超限。通過均壓技術的實施，有效控制了大量新鮮風流涌入采空區形成自燃的現象。

6總結

山西某礦8102工作面為厚煤層一次采全高工作面，工作面回采過程中出現上隅角CO濃度超限的問題，進行工作面發火規律模擬研究，對超限原因進行了分析，運用均壓技術制定了措施并實施，得出以下結論：

工作面發火位置點和風壓有一定關系，運輸順槽一側風壓較大，發火區域靠近運輸順槽一側;

由工作面風量風壓測定結果可知，工作面位置風量衰減率為2.17m2/min，風壓衰減率為1.97Pa/m，大大超過巷道衰減率，工作面漏風嚴重;

均壓措施為在運輸順槽中1#測點到2#測點之間設置擋幕，擋幕設置完成后斷面為15.6m2;

均壓措施實施完成后，風路中風量、風壓衰減較為平緩，上隅角CO濃度未出現超限現象。均壓技術的實施有效控制了該礦CO濃度超限問題。

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