综放工作面沿空留巷时的漏风规律与通风系统优化

荆红俊

（山西铺龙湾煤业有限公司山西左云县037100）

1 引言

山西铺龙湾煤业有限公司是山西煤炭进出口集团有限公司的全资子公司。矿井设计生产能力为120万t，位于大同市西南部，左云县东南25 km处的施家窑村一带，井田内含煤地层为石炭系太原组和山西组，批准可采煤层为1#、4#、5#、8#，可采储量为5 600万t，现开采5#煤层。

铺龙湾矿井5108综放工作面采用沿空留巷布置，可采长度为1 266 m，倾向长度为149.5 m，5#煤层赋存稳定，煤厚为7.1 m～8.35 m；工作面开采煤层有自燃倾向性，等级为Ⅱ级，煤尘具有爆炸危险性，工作面通风方式为U型通风。根据本工作面两顺槽掘进资料，回采期间，工作面会遇到落差0.6 m～4.5 m的24个断层构造，对工作面正常开采影响比较大。工作面推进560 m时，遇到落差为4.2 m的F1逆断层，采煤机割煤速度变慢，增加了采空区落煤的自燃发火的几率。为避免具有自燃倾向性的综放工作面回采期间因漏风严重造成采空区落煤自燃，需对工作面漏风情况进行分析，并提出相应的改进措施。

2 工作面漏风规律分析

5108综放工作面推进560 m遇到断层后，在其采区沿空留巷布置测点对风量进行监测。5108工作面沿空留巷测风点编号为An（n=1，2，3…），5109运输顺槽及沿空留巷的布置点编号为Bn（n=1，2，3…）,各测风点之间的间距为100 m，图1为工作面测风点布置示意图。5108综放工作面共设置8个测风点，已回采完成的5109工作面设置3个测风点，对工作面及顺槽、沿空留巷的风速、风量、干温度、湿温度及二氧化碳量进行测定，对测定的数据进行汇总，得出工作面测点的漏风率，见表1。

图1 工作面测风点布置图

表1 工作面测点漏风汇总表

由表1可看出，5108综放工作面沿空留巷通过的过程中，工作面向采空区的漏风率在0.9%到8.4%之间，而5109工作面的漏风率达到8.0%，比较严重；靠近工作面作业区域处的漏风量尤其严重。

3 Y型通风设计

为从根本上解决工作面漏风严重的问题，根据5108综放工作面的地质条件以及Y型通风的要求，对5108综放工作面的通风系统进行改造，通过构筑人工墙体，利用原有沿空留巷，将原有的U型通风形式变成“两进一回”的Y型通风形式，通风形式布置图如图2所示，工作面进风量Q1、Q2分别为1 100 m3/min和600 m3/min，回风量为1 850 m3/min。采用Y型通风系统后，工作面瓦斯浓度较低，随着工作面的推进，瓦斯也不容易涌入工作面，造成工作面瓦斯积聚现象。

图2 Y型通风系统布置图

3.1 Y型通风合理性评估

为了评估Y型通风系统的合理性，以5108工作面的工况为背景，采用FLUENT数值模拟软件建立数值模拟模型，对采区内的通风阻力、瓦斯分布情况等进行研究，模型设置沿空留巷为多孔阶跃边界，空气成分与大气成分一致，主要为氧气和氮气，因瓦斯含量较低，故忽略其在空气中所占的比重，为方便研究氧气的扩散状态，将空气中初始气体含量全部看做氮气，沿空留巷的渗透率的大小为1×10-14m2，巷道的风量设置为600 m3/min巷道。图3为数值模拟几何模型，巷1、巷2为进风巷，巷3为回风巷，工作面走向长度为1 266 m，倾向长度设置为149.5 m，采高为14 m，进风巷道的尺寸为5 m×3 m（宽×高）。

图3 Y型通风系统模型

3.2 数值模拟结果分析

Y型通风系统下，模拟采区风速变化情况与空气中氧气的扩散状态模拟结果见图4。

由图4可明显看出：采用Y型通风时，风道交汇处风速变化等值线不到0.1 m/s，属于比较低的范畴，所模拟的风速为0.04 m/s～0.002 m/s，可见漏风量比较小；氧气含量云图的区域为0.15～0.105，说明所研究区域内氧含量较低，也可说明漏风量小，通风效果好。

图4 采区风速变化等值线分布与采区氧气浓度扩散云图

3.3 巷道通风阻力测定

通过对采区通风系统进行改进，沿空留巷进行加固，现有通风方式变为Y型通风，通风线路与原有线路也有所区别，为了掌握Y型通风系统通风阻力、风速等的变化规律，采用JYF-1型气压监测计对各测点的气压进行实时监测，用KG3088风速传感器对各测点的风速进行测定，监测点的设定根据现有通风线路及地质条件并参考原有通风系统漏风量测定时测点的布置进行确定，现场实测值汇总见表1。将现场测定的数值带入经验公式，即可得出巷道通风阻力与风压的大小，与现场测定值的误差在5%以内，精度符合要求。

表2 采区通风阻力汇总

由表2可知：Y型通风系统回风线路减小幅度比较大，通风阻力分配合理，巷道维护难度较小。对工作面瓦斯浓度监测后，得到瓦斯浓度变化曲线，见图5。

图5 工作面瓦斯浓度变化曲线

由图5可知：随着工作面的推进，回风巷的瓦斯浓度逐渐增大，可见，采用Y型通风时工作面不容易发生漏风现象，通风效果较好。

4 结论

综放工作面采用U型通风方式时，工作面易发生漏风现象，特别是易燃工作面推进遇到特殊地质构造工作面推进比较缓慢时，采空区落煤发生自燃的概率会大大增加。将U型通风系统进行改进，变为两进一回的Y型通风方式时，通风阻力的分布更加合理，采空区大面积漏风的概率会大大降低，巷道维护难度也会降低。对于自燃发火概率较大时，优化通风方式的同时，可采取在采煤工作时减小遗煤量、采煤结束后喷洒阻化剂，必要时采取注氮措施进行工作面防灭火。