麻家梁礦近距離煤層開采工作面漏風規(guī)律研究

李永剛，張曉軍

（沁水縣鑫海能源有限責任公司，山西 晉城048205）

1 工程概況

麻家梁礦開采煤層為4#、5#、6#、7上#、7下#與9#煤層，各煤層間距較小，為近距離煤層開采，其中，4#煤層為首采煤層，4#煤層與5#煤層層間距為5m，煤層回采期間，工作面漏風方式復雜，14201 工作面位于麻家梁礦井田中部，回采4#煤、煤層自燃傾向性等級為Ⅱ級，屬自燃煤層，14201 工作面為放頂煤工作面，采放比為1：2.25，傾角1～3°，平均厚度為8.62m，該工作面回采期間，采空區(qū)漏風通道多，漏風方式復雜、漏風規(guī)律難以掌握、煤層自燃威脅較大。

2 近距離煤層開采漏風影響因素

2.1 地表裂隙

近距離煤層時受工作面重復采動影響，本煤層漏風、層間漏風與地表漏風相互作用，漏風通道復雜，其中，縱向裂隙是水、氣體進入采空區(qū)的主要通道，即“導水、導氣”裂隙帶，此裂隙帶主要在煤層上覆巖層區(qū)域發(fā)育，是近距離煤層開采的主要因素，其主要原因為工作面切眼、液壓支架后方、順槽采空側附近在保護煤柱、液壓支架的承壓下，上覆巖層區(qū)域裂隙未出現明顯的受壓，斷裂，裂隙得以充分發(fā)育，而位于采空區(qū)內的裂隙，在上覆圍巖重力的作用下，裂隙被擠壓充實，對采空區(qū)漏風影響較小[1-2]。麻家梁礦上煤層開采期間，隨工作面的推進，地表裂隙的表現形式主要為以下幾點：

1）地表裂隙受工作面采動與埋深的影響，裂隙主要表現為塌陷型。

2） 沿工作面走向位置，地表裂隙的間距在10～15m 之間，其中，位于工作面切眼與停采線位置處的裂隙發(fā)育程度高，賦存相對密集。

3）地表裂隙的分布狀況呈倒“C”型，裂隙剖面為楔形。

4）地表裂隙多在超前工作面一定的距離區(qū)域內發(fā)育，其中，大部分裂隙能夠隨工作面的推進形成擠壓，逐漸充實直至消失，而在邊界位置處多呈現為永久裂隙。

2.2 裂隙發(fā)育程度

近距離煤層開采過程中，由于煤層層間距較近，裂隙在層間高度發(fā)育，大量研究表明，若裂隙發(fā)育程度較高，工作面漏風風阻會相對降低[3]，通風阻力與漏風風量的關系如公式（1）所示。

式中：hf為通風阻力，Pa；α為摩擦阻力系數，kg/m3；Q為工作面漏風量m3/min；L、u、S分別為漏風通道的長度（m）、斷面周長（m）與橫截面積（m2）。

由通風阻力公式能夠看出，在工作面漏風側兩端的壓力差維持平衡的情況下，裂隙的通風阻力與漏風量呈反相關的關系，即裂隙通風阻力越小，其工作面漏風量越大，隨著深部煤層的開采，采空區(qū)漏風量呈現出逐漸遞增的趨勢[4]。

2.3 漏風壓差

漏風壓差是影響漏風量的重要因素，工作面漏風側兩端的風路壓差與漏風量呈正相關[5]，礦井采用全正壓通風時，漏風方式視自然風壓與礦井通風壓力大小決定，當自然風壓小于礦井通風壓力時，漏風方式為采空區(qū)向地表裂隙進風；當自然風壓大于礦井通風壓力時，漏風方式為地表裂隙向采空區(qū)進風。麻家梁礦采用全負壓通風方式，同自然風壓的作用原理相同，其采空區(qū)主要漏風方式為地表裂隙進風，因此，降低工作面漏風側兩端壓差，可有效降低地表向采空區(qū)的漏風量。

3 近距離煤層開采漏風規(guī)律

3.1 工作面測點布置

為考察14201 工作面漏風情況，在工作面布置6 個測點對風量進行測定，測點編號為1#-6#，測點間距為50m，其中，1#測點位于14201 輔運順槽超前工作面15m 的位置處，6#測點位于14201 膠帶順槽超前工作面10m 的位置處，2#-5#測點分別位于工作面距輔運順槽50、100、150m 與200m 位置處，14201 工作面測點布置示意如圖1 所示。

圖1 14201 工作面測點布置示意圖

3.2 工作面漏風測定結果

對14201 綜放工作面各測點共進行了8 月10日至8 月12 日為期3 天的風量測定，測定得到的數據見表1～表3，14201 工作面各測點實際通風量與區(qū)域漏風量曲線如圖2、圖3 所示。

表1 14201 工作面8 月10 日風量測定數據表

表2 14201 工作面8 月11 日風量測定數據表

表3 14201 工作面8 月12 日風量測定數據表

圖2 14201 工作面各測點實際通風量曲線圖

圖3 14201 工作面各測點區(qū)域漏風量量曲線圖

由圖2、圖3 分析可得出：14201 綜放工作面在不同區(qū)域的漏風量與通風量是不同的，區(qū)域通風量隨工作面風流的流向逐漸降低，通風量在距離膠帶順槽50～75m 的區(qū)域范圍內降至最低，最小值約為850m3/min，通風量在兩順槽的區(qū)域內達到最大，最大值約為1 300m3/min；區(qū)域漏風量隨工作面風流的流向逐漸增加，漏風量在距離膠帶順槽50～75m 的區(qū)域范圍內達到最大，最大值約為400m3/min，漏風量在兩順槽位置處達到最低，漏風風量接近為0m3/min。根據工作面漏風規(guī)律可以確定，距離膠帶順槽50～75m 的范圍為工作面煤層氧化升溫速度快、自燃危險性較高的區(qū)域，該區(qū)域為14201 綜放工作面的防滅火區(qū)域重點。

4 結 語

近距離煤層開采時采空區(qū)漏風通道多，漏風方式復雜、漏風規(guī)律難以掌握、煤層自燃威脅大等諸多問題，給工作面防滅火治理帶來了一定困難，為掌握近距離煤層開采工作面漏風規(guī)律，文章對麻家梁礦14201 綜放工作面進行漏風量測定，將距離膠帶順槽50～75m 的范圍的工作面確定為防滅火重點區(qū)域，該研究旨在為礦井防滅火管理提供理論解析，有效提高礦井抗火災能力。