厚煤层一次采全高综采工作面均压通风技术研究

李鹏飞

【摘 要】 针对厚煤层一次采全高综采面上隅角CO浓度超限的问题，文章采用工作面风路风量、风压数据分析、数值模拟的方法对采空区内火源、温度、CO等情况进行研究，通过均压通风措施进行防灭火，解决了工作面火灾危险。研究结果表明：1. 采空区内温度比较高的区域靠近运输顺槽;2. 均压防灭火措施可以有效解决工作面风路中风压压降较大的问题;3. 均压防灭火技术实施后，工作面上隅角未出现超限的情况。由于均压防灭火技术具有工程量小、操作简单的特点，研究结果对于类似矿井防灭火工作具有一定指导意义。

【关键词】 CO超限;均压通风;挡幕设置;效果考察

【中图分类号】 TD724 【文献标识码】 A 【文章编号】 2096-4102（2021）06-0010-03

综合机械化开采过程中，厚煤层一次采全高，煤层开采完毕后采空区出现漏风情况。由于漏风情况出现，部分新鲜风流流入采空区，导致采空区内遗煤自燃，上隅角CO浓度升高，严重影响矿井安全生产。目前我国专家学者关于该问题已经做过大量研究，安徽理工大学周亮博士进行了高瓦斯矿井采空区遗煤自燃预警相关研究，阐述了高瓦斯矿井采空区自燃时敏感指标;褚廷湘博士进行了顶板巷瓦斯抽采工程对遗煤自燃影响研究;刘伟博士对采空区发火过程进行了多场耦合模拟研究;其他专家学者也做过采空区内遗煤自燃规律及火灾防治相关研究。目前研究成果主要针对于发火规律，制定的治理措施以注浆为主，存在工程量大、对回采进度影响大的问题。而均压通风技术具有工程量少、灭火效果佳的特点，可作为采空区防灭火技术的另一种思路。

山西某矿工作面一次性采全高，回采过程中存在上隅角CO浓度超标、遗煤自燃的问题。为解决该问题，现进行均压通风技术防灭火分析，以期得到一些有益的结论。

1 工程概况

山西某矿主采煤层为8#煤层，煤层厚度4m，煤层直接顶板为泥岩，泥岩平均厚度1.2m，泥岩上覆岩层为细质砂岩，平均厚度4.5m。目前在采工作面为8102工作面，工作面走向长度1976m，切眼长度188m，工作面采用综合机械化采煤法，一次采全高。其中8#煤工业参数如表1所示，

2 采空区流场及自燃模拟研究

矿井工作面采空区遗煤出现漏风情况，导致大量新鲜空气流入采空区，为研究采空区内遗煤自燃情况，进行采空区内流场和自燃数值模拟研究。采用多场耦合模拟软件COMSOL Multiphysics，该软件可以模拟多场耦合作用下，采空区内流体运移规律及温度场分布情况。

根据模型进行数值模拟得出采空区压力场、风速场、温度场如图1所示。

根据图1可知，采空区工作面运输顺槽一端风压较大，氧气浓度较高;回风巷一侧风压较小，氧气浓度较低。距离采面50-150m范围内容易出现温度过高现象，高温区域靠近运输顺槽一侧较大。

通过数值模拟研究可知，风压会影响工作面氧气分布和发火位置点。适当地调节风压可控制发火面积。

3 工作面风压、风量测定及分析

8102工作面回采期间，出现工作面上隅角CO严重超限的现象，根据现场CO浓度统计分析，在过去的21天内，CO超限次数为5次，浓度最高时达到0.036%，严重超过临界值0.0024%。CO主要是采空区中的遗煤自燃所导致的，当工作面大量漏风，部分新鲜风流流入采空区后又从采空区流入回风巷，采空区内的遗煤、矸石和新鲜风流中的氧气接触产生自燃，最终导致工作面上隅角CO浓度超限。

目前工作面配风量比较大，为研究以上问题出现的原因，现对8102工作面运输顺槽、回风顺槽沿线风路中的风量、风压进行测定，测点布置如图2所示。

各个测点风量、风压如表2所示。

通过分析测点数据可知，1#测点到2#测点之间风量和风压变化降低量比较少，两个测点相距120m，风量损失20m3/min，风压降低2Pa;2#测点与3#测点之间风压损失比较大，经过一个工作面，总距离约为203m，风量损失了440m3/min，风压降低了399Pa;3#测点到4#测点之间风量和风压变化降低量比较少，两个测点相距100m，风量损失1m3/min，风压降低20Pa。根据测试，1#测点到2#测点之间风量衰减率为0.17m2/min，风压衰减率为0.17Pa/m;2#测点到3#测点之间风量衰减率为2.17m2/min，风压衰减率为1.97Pa/m;3#测点到4#测点之间风量衰减率为0.02m2/min，风压衰减率为0.2Pa/m，综上所述，经过工作面区域风量风压衰减率是运输顺槽风量风压衰减率的12.8倍和11.59倍;经过工作面区域风量风压衰减率是回风顺槽风量风压衰减率的108.5倍和9.85倍，因此推测，工作面区域存在严重漏风现象。

4 均压通风技术措施

根据8102工作面风量、风压统计结果分析可知，运输顺槽提供的风量比较大，风压也较大，8102工作面采高较高，工作面区域极容易产生封堵不良区域，导致漏风现象，因此适当降低风压可以有效控制流入采空区风量。主要方法为在运输顺槽设置风幕，在运输顺槽设置一定的边界围挡，形成局部风阻，降低运输顺槽的风压，这样可以有效降低运输顺槽到回风顺槽的压降，从而降低流经工作面风流风压损失，减小工作面风量损失。主要措施设计图如图3所示，将运输顺槽18m2的断面缩小到15.6m2。

5效果考察

在1#测点和2#测点之间设置挡幕后，对各测点风量和风压进行测试，通过和未设置前的风量风压测试数据对比，结果如图4所示。

设置完成挡幕时，1#测点到4#测点风量降低了400m3/min，压力降低了311Pa，其中主要降低位置点为1#测点和2#测点之间，通过对比可知，设置完成挡幕后，风路中整体的降低速率比较平缓。

挡幕设置完成后对8102工作面上隅角CO浓度进行为期一个月的數据检测，检测结果如图5所示。

通過为期31天的测试，8102工作面上隅角瓦斯浓度均未超限。通过均压技术的实施，有效控制了大量新鲜风流涌入采空区形成自燃的现象。

6总结

山西某矿8102工作面为厚煤层一次采全高工作面，工作面回采过程中出现上隅角CO浓度超限的问题，进行工作面发火规律模拟研究，对超限原因进行了分析，运用均压技术制定了措施并实施，得出以下结论：

工作面发火位置点和风压有一定关系，运输顺槽一侧风压较大，发火区域靠近运输顺槽一侧;

由工作面风量风压测定结果可知，工作面位置风量衰减率为2.17m2/min，风压衰减率为1.97Pa/m，大大超过巷道衰减率，工作面漏风严重;

均压措施为在运输顺槽中1#测点到2#测点之间设置挡幕，挡幕设置完成后断面为15.6m2;

均压措施实施完成后，风路中风量、风压衰减较为平缓，上隅角CO浓度未出现超限现象。均压技术的实施有效控制了该矿CO浓度超限问题。

【参考文献】

[1]郭世钢.闭区均压防灭火在瓦斯矿井中的应用[J].山西能源学院学报，2018，31（3）：44-46.

[2]周亮.高瓦斯易自燃煤层采空区遗煤自燃预警研究[D].淮南：安徽理工大学，2018.

[3]褚廷湘.顶板巷瓦斯抽采诱导遗煤自燃机制及扰动效应研究[D].重庆：重庆大学，2017.

[4]褚廷湘，姜德义，余明高，等.顶板巷瓦斯抽采诱导煤自燃机制及安全抽采量研究[J].煤炭学报，2016，41（7）：1701-1710.

[5]刘伟.采空区自然发火的多场耦合机理及三维数值模拟研究[D].北京：中国矿业大学，2014.

[6]曹凯.综放采空区遗煤自然发火规律及高效防治技术[D].北京：中国矿业大学，2013.

[7]宋万新.含瓦斯风流对煤自燃氧化特性影响的理论及应用研究[D].北京：中国矿业大学，2012.

[8]郭元业.注氮防火技术在杭来湾矿井的设计与应用[J].煤炭与化工，2021，44（9）：90-92.

[9]操康波.浅析综采工作面综合防灭火技术[J].技术与市场，2021，28（8）：87-88.

[10]潘宏波.自燃煤层切顶卸压沿空留巷综采工作面防灭火技术研究[J].山东煤炭科技，2021，39（7）：116-118.