工作面局部通风系统优化及堵漏风技术

岳广英

（大同煤矿集团安全管理监察局，山西 大同 037003）

防治采空区煤体自燃的有效途径为减少通风风流向采空区分流，减少碎煤和遗煤与空气接触的机会[1]。因此，应首先对该局部通风系统的通风方式及风量进行优化并采取有效的堵漏风措施[2]。将风流充入工作面时，从进风到回风、巷道沿途都应进行精确监测，监测沿空留巷过程中的漏风位置及大小[3]。将监测数据输入FLUENT软件，模拟分析漏风的区域，以此为依据，设计更加合理的通风方式。采用并研究了新型喷涂堵漏风材料及工艺[4]。

1 工作面漏风规律监测分析

综采工作面回采一段时间后，应对其采空区沿空留巷部分巷段进行测风，工作面沿空留巷测风点间距为100m，编号形式为An（n=1，2，3…），运输顺槽及沿空留巷分别布置测点为B1，B2。与此同时，实时监测工作面回风巷的总风量并记录。

2 工作面漏风规律模拟分析

2.1 模型建立

根据现采的工作面实际情况：采空区走向长200m，倾斜长202.5m，垮落带高度13m。工作面进风巷宽5m、高3.8m，回风巷宽5m、高2.5m。建立通风系统几何数值模型如图1所示。其中几何模型中巷1表示工作面轨道顺槽，巷2表示工作面运输顺槽，巷3表示工作面运输顺槽。

图1 通风系统几何数值模型

2.2 模拟参数及边界条件

从工作面顶板垮落带中岩石冒落和被压实状态，分析出孔隙率、渗透率，建模时，将相邻工作面区段之间的沿空留巷巷道设置为多孔阶跃边界，渗透率取10～14m2。工作面瓦斯浓度较低，可以忽略其影响，将空气成分看做O2和N2的混合体。为了更好地研究漏风状态，将工作面气体的初始状态全部看做N2，以此判断氧气的扩散状态。采用速度入口和压力出口，单条巷道进风量为650m3/min。

3 模拟结果及分析

3.1 工作面“Y型”通风方式模拟

如图2所示，巷1、巷2进风，巷3回风，即工作面轨道顺槽与运输顺槽进风，工作面运输顺槽回风。采空区风速大小变化模拟结果如图2，氧浓度大小变化规律模拟结果如图3所示。

图2 工作面采空区风速等值线分布图

图3 工作面采空区氧气浓度分布云图

3.2 工作面“W型”通风方式模拟

巷1、巷3进风，巷2回风，即8307工作面轨道顺槽与8306工作面运输顺槽进风，8307工作面运输顺槽回风。而风速变化情况如图4，氧气含量的动态变化如图5所示。

（1）从上述模拟得知：采用“W型”通风，运顺顺槽和工作面交汇处风速等值线较高，（＞0.1m/s），模拟风速在0.02～0.01m/s；使用“Y型”通风，交汇处等值线较低（<0.1m/s），风速模拟为0.05～002m/s。前者漏风量更大。

（2）采用“W型”通风时，在8306工作面附近，氧含量云图区域为0.185～0.135，采用“Y型”通风时，氧含量云图区域为0.15～0.105；工作面轨顺内氧含量较小，即漏风量较小。

图4 工作面采空区风速等值线分布图

图5 工作面采空区氧气浓度分布云图

通过上述模拟得到，沿空留巷采用“W型”通风时，留巷是与采空区相通的，向采空区漏风的几率更大，更容易产生自燃，产生有害气体。

4 减少工作面漏风技术措施及漏风监测结果与分析

4.1 减少工作面漏风技术措施

综合比较现有技术措施，决定采用新型喷涂堵漏风材料来减少沿空留巷向采空区的漏风，因此，需要从喷涂材料的基础特性方面开展研究工作，开发出经济、实用的新技术。新型复合浆体喷涂技术是建立在传统喷涂工艺基础上，根据井工矿开采中井巷及煤层地质的实际条件，以黄泥、水泥及矿用喷涂添加剂等为浆体的主要原材料，结合成套的喷涂设备或矿井已有的灌浆站，依靠矿井压风和电力系统，将复合浆液喷至巷道壁面，并在很短时间内凝结硬化而起到防水、防腐、隔绝空气或支护等作用的技术。新型复合浆体喷涂技术对比传统的喷涂技术，主要具有材料成本低、粉尘浓度小、回弹率低及一定的抗变形性能。

4.2 漏风监测结果与分析

4.2.1 堵漏前漏风测试

根据10202的测点布置及漏风测试，得到了工作面风量及漏风数据，见表1所示。

表1 工作面风量及漏风数据表

据表1可知：①进风流漏入采空区的风量为161.2m3/min，漏入区段集中在进风巷沿工作面倾向30m范围内；②漏入风量被分割成两部分，一部分经采空区进入回风系统，另一部分经采空区，由地表裂隙排出，验证了地表漏风通道的存在；③其中经采空区进入回风系统的风量为71.2m3/min，经地表排出为90m3/min。

检测期间在2014年11月份，井下温度高于地表温度，考虑到地表裂隙的存在，造成漏风风流由地表裂隙排出的原因，主要是因温度差及高差导致的自然风压造成的。但这种漏风模式，对采空区极为不利，因为漏风风流贯穿采空区，漏风区域比较大。

4.2.2 堵漏措施后漏风测定结果

为了掌握堵漏措施的有效性，在措施实施后，对工作面的漏风情况进行了再次测定，为了分析措施的效果，测试方案与之前相同，得到了堵漏后的漏风特征，如图6所示。

图6 堵漏措施下工作面漏风特征图

由图6可以看出，在井上下堵漏措施实施后，工作面的漏风情况如下：①进风流漏入采空区的风量为76.1m3/min，漏入区段集中在进风巷沿工作面倾向60m范围内；②经采空区进入回风系统的风量为52.1m3/min，经地表排出为24m3/min；③地表裂隙通道仍旧存在。

通过对比分析堵漏前后看出，堵漏后具有以下主要特征：①漏风量由161.2m3/min降低到76.1m3/min，降低了85.1m3/ min；②地表漏风量由90m3/min降低到24m3/min，降低了66m3/min；③堵漏后因后部增阻，工作面漏风区段的长度增加。通过漏入风量及地表漏风量的变化情况来看，堵漏后采空区漏风量整体降低了85.1m3/min，地表漏风量下降了66m3/min，说明实施的封堵措施对抑制采空区漏风起到了很好的作用。

5 结论

（1）由数值模拟分析，得出现采工作面采用无煤柱沿空留巷“W型”通风方式条件下采空区漏风量比“Y型”大，故该工作面通风系统应按“Y型”通风方式布置，即工作面轨道顺槽与运输顺槽进风，工作面运输顺槽回风，从而避免采空区大面积漏风。

（2）综合比较现有技术措施，决定采用喷涂堵漏风材料来减少沿空留巷向采空区的漏风。该材料以黄土、水泥为基料，配以玻璃纤维及喷涂添加剂，按质量以1.5：1：0.003：0.02的比例进行配制，采用井下移动式喷涂系统进行施工。

（3）采取堵漏措施后，采空区整体漏风量下降了85.1m3/min，地表漏风量下降了66m3/min，封堵措施成效显著。