“W”型通风系统采空区漏风路线测定的研究与分析

孙智勋

（中国平煤神马集团平煤股份煤炭开采利用研究院，河南 平顶山 467000）

河南平宝煤业有限公司位于平顶山市东北25公里处，矿井核定生产能力240万吨/年，服务年限92年，属于煤与瓦斯突出矿井，矿井主采己15.17煤层，属于自燃煤层，自燃等级为Ⅱ级。矿井采用中央分列抽出式，主井、副井、中央进风井进风，中央回风井回风。己15.17-12090采面位于己二东翼采区第五个区段，该采面采用“W”型通风系统，机巷、中煤巷进风，风巷回风，配风量2408m3/min，采空区漏风氧化自燃是导致矿井火灾的主要因素，因此准确的测定采空区的漏风路线、漏风量，科学采取预防煤层自燃发火措施，是确保矿井安全生的重要依据。

漏风检测方法

一、“W”型通风系统采空区漏风路线测定原理及方案

（一）测式原理

示踪气体测试是采用风流或漏风作为载气，在特定路径或采样点采集气体，判断其中是否含有示踪气体或测试其浓度，以此判断释放点与采集点之间的风流导通性或漏风大小。现场测试用的示踪气体，一般要求无害、稳定性好、便于检测，检测精度高、测试点无或本底浓度低。示踪气体在采空区流动过程为气体在多孔介质中的弥散过程，其浓度值不仅随风流动向发生变化，在垂直流动方向也发生动力弥散，不考虑示踪气体的产生与消失，则可用式（1-1）表达浓度随时间和运移距离的关系。

式中：D为弥散系数，X为示踪气体运移距离，V为采空区漏风速度，C为示踪气体浓度，T为运移时间，由公式（1-1）可知，垂直流动的空间，同一时间，不同位置测式的示踪气体浓度表现为以漏风点为中心向四周逐渐减小的曲面圆锥体。

（二）测定方案

1.释放气体及方法。示踪气体采用SF6释放方法为定点均衡释放。

2.释放位置。考虑到工作面风流流动特性，在工作面下隅角、进风侧采空区，采用预先埋管，利用埋管将示踪气体释放至采空区深部约10m位置，如图1-2所示。

3.采样点。为了检测示踪气体在采空区内流动轨迹，采样点沿工作面倾向方向一字排开，如图1-2所示，为确各采样点采集的气体来自采空区而非巷道风流，采样点的气体采用钢管插入架后架方法，借助软管采集架后气体。

4.采样方法。采样方法为人工采样，时间间隔为5-10分钟，取样采用不锈钢抽气筒，取样袋采用自制塑料袋，采样时利用抽气筒从抽采管连接的软管上抽气，然后利用针头插入采样袋子，将抽取的气体打入取样袋子，利用透明胶袋封堵针孔，每次采样在采样袋上记录采样地点、采样日期和采样时间。

5.气体分析。采集的示踪气体采用北京分瑞利分析仪器（集团）有限责任公司生的SP-3420气象色谱仪进行分析，检测各采样点不同时间的示踪气体浓度。

二、“W”型采煤工作面通风系统漏风检测过程

（一）示踪气体的释放及采样

示踪气体释放开始时间为上午11：15分，采用衡量释放的方法，释放流量为40ml/min，13：00关闭释放钢瓶的阀门，由于采用减压阀控制，流量保持为40ml/min的时间为13：10，其后释放流量开始衰减，至13：15分流量衰减为0，释放结束，以衡量释放为标准，有效释放量为115min。

（二）采样

采样地点采样时间从上午10：15至13：20，持续约185min，各采样人员到达预定地点后，即开始采集气体，释放结束后，通知各采样地点结束采样。如表2-1

表2-1 采样地点位置

三、测试结果及分析

（一）测试结果

采集的气样于受采样地点环境影响，尤其是采样地点风流影响大，采集样品中采集到的示踪气体基本情况如表3-1的所示。

表3-1 各采样地点采集到示踪气体情况

（二）测度结果分析

1.示踪气体浓度分布特征。将各采样点检测到示踪气体的气样，按其体积分数（浓度）大小在直角坐标图中绘制出来，并对各采样点示踪气体体积分数分布特征进行曲线拟合，如图3-1所示。

沿工作面面长方向，从布置的测点采集到的示踪气体浓度值看，示踪气体浓度值是先增大，再减小，再增大的特征，主原因是工作面巷道布置特征、工作面通风系统以及瓦斯抽采系统，图3-2是工作面下隅角为能位起点，沿工作面长方向的风流压能分布测试结果，中间巷的使用，使采空区能位分布有别于传统的“U”型通风方式，在中巷附近和工作面回风巷形成双低压区。负压易于向该区域流动，示踪气体在漏风风流带动下，在该区域相应就能易于检测，检测的示踪气体浓度相对就高，从而表现出图3-1所示特征。

2.漏风方向。从图3-1中可以看出沿工作面长风流流动方向，距离工作面机巷约100m处，工作面架后开始检测到进风侧释放的示踪气体，但浓度很小，仅0.0108×10-6，相对于其他采样点采集到的示踪气体浓度值，基本可以忽略，但该采样点能检测到示踪气体，说明该检测点位置的漏风方向是从采空区向工作面空间漏风。

四、结论

（一）通过运用释放示踪气体SF6，SP-3420气象色谱仪进行分析，“W”型综采工作面通风系统下隅角是采空区漏风的主要通道，上隅角是采空区漏风的主要汇合处，因此下隅角封堵是做好回采期间防煤层自燃发火的主要工作。

（二）在工作面面长方向，距离工作面机巷约100m左右，漏风是由工作面向采空区方向；100～260m范围是由采空区向工作面方向漏风。