“Y”型通风工作面防止遗煤自燃及瓦斯治理技术

杨剑锐

(汾西矿业集团通风处，山西介休 032000)

杨剑锐

(汾西矿业集团通风处，山西介休 032000)

开采易自燃煤层与高瓦斯并存的矿井，在瓦斯治理过程中需要把握好两者关系，避免由于瓦斯抽采导致的采空区漏风，由此引起遗煤自燃，是开采高瓦斯易自燃煤层必须高度关注的。因此，如何在抽采卸压瓦斯的同时兼顾采空区遗煤自燃，就成为高瓦斯易自燃矿井实现安全生产的首要问题。

高瓦斯；易自燃煤层；Y型通风；物理模型；模拟计算

1 工作面概述

1206工作面开采山西组2号煤层，可采走向长度625 m，倾斜长174 m；煤层厚度0.6 m～2.25 m，平均厚度1.5 m；煤层倾角为2°～8°，平均倾角5°。2号煤层最大相对瓦斯涌出量19.64 m3/t，最大绝对涌出量37.19 m3/min，属于高瓦斯矿井。2号煤层无煤尘爆炸危险性，煤层具有自燃倾向性[1-2]。

2 工作面通风和抽采系统

2.1 通风系统

1206工作面通风系统为“Y”型通风。其中，材、运两巷进风，运输巷留巷回风。其工作面配风情况为：1206材料巷(主进风巷)配风量为1 200.24 m3/min，1206运巷(辅助进风巷)配风量为362.76 m3/min，1206专用回风巷回风量为1 482.64 m3/min。

2.2 抽采系统

根据瓦斯不同来源，1206工作面采用以下方法进行抽采：留巷墙体埋管抽采采空区、上隅角瓦斯；钻场内高位裂隙瓦斯钻孔抽采工作面采空区裂隙带瓦斯；利用钻场顺层钻孔抽采本煤层瓦斯。

3 工作面瓦斯治理方法

1206工作面所采的2号煤层最大相对瓦斯涌出量19.64 m3/t，最大绝对涌出量37.19 m3/min，属于高瓦煤层。因此，为了安全生产，1206工作面瓦斯治理措施采用了采空区埋管、本煤层、高位裂隙钻孔等抽采方式[3-4]。

3.1 本煤层抽采

根据已回采过的工作面得出的结论，在开采过程中本煤层瓦斯涌出量较大，所以掘进期间施工顺层钻孔，并提前投入预抽。为提高抽采效果，1206工作面材、运巷进行本煤层钻孔抽采，各钻孔间距为6 m，孔深均为90 m，并保证预抽时间不少于6个月。

3.2 高位裂隙带钻孔

1206工作面钻孔在距右帮1.3 m处的顶板上依次布置，钻孔间距为6 m，1206工作面采高1.7 m。根据已采工作面高位裂隙钻孔抽采实际效果分析，裂隙带取采高的12倍，倾角17.8°，孔深67 m。

3.3 采空区埋管抽采

为防止1206工作面留巷内由于充填墙接顶不严导致采空区的瓦斯异常涌出及回风流瓦斯超限问题，特在留巷施工过程中，在充填物体内提前插入一边带盘的Ф200 mm钢管短节，两边外露长度150 mm～200 mm，长度每隔4 m留1个，Ф200 mm钢管短节尽量贴在充填体的上部。靠留巷外每隔4 m安设一个4寸软管，通过阀门和三通连接到留巷的的瓦斯抽采支管路上，具体见图1。当工作面采空区瓦斯涌出异常时，通过控制采空区埋管开启数量和程度，调节采空区瓦斯抽采量和抽采浓度。

图1 留巷充填墙体埋管示意图

4 工作面存在隐患

由于1206工作面采用“Y”型通风，柔膜充填支护，留巷存在与顶板接顶不严密，有漏风现象，给采空区遗煤自燃提供了氧气来源；同时，矿井为了工作面采空区切眼处瓦斯浓度不超限，对采空区进行沿空留巷埋管抽采与高位裂隙钻孔抽采，导致采空区深部瓦斯浓度较低，采空区内氧气体积分数不低于15%。尤其是使采空区产生大量漏风，导致1206采空区遗煤长期处于氧化状态[5]。

5 理论分析研究

为了保证工作面顺利回采，保证瓦斯和CO不超限，本文通过gambit对物理模型进行网格化，利用前处理软件gambit进行建模，然后导入FLUENT软件进行模拟计算，得出1206工作面采空区漏风强度，为1206工作面防止煤炭自燃与瓦斯治理提供科学依据。

5.1 软件模拟分析

为了能与现场相结合，本文以1206工作面为例建立物理模型。用gambit对物理模型进行网格化，网格大小为0.05 m2×0.05 m2。

选取靠近工作面长280 m、宽180 m一段距离的采空区，建立2D物理模型，采空区沿走向长为X轴，沿倾向长为Y轴。根据FLUENT对边界条件的设置要求，可以设进风侧为压力入口，回风侧为压力出口。两端压差等于工作面的通风阻力，根据实测为100 Pa。两端的压力分布可近似为线性变化。采空区的其他3个边界条件可设为固壁，认为没有热量的交换。利用前处理软件gambit进行建模，然后导入FLUENT软件进行模拟。

把边界条件设置完毕之后，导入用户自定义函数，选择分离式隐式稳态法，standard modelC1·epsilon和C2-epsilon都设置成为默认值，迭代步骤设置为100步。

5.2 模拟结果

当1206工作面总进风量Q=1 200 m3/min、材巷Q1=640 m3/min、运巷Q2=560 m3/min、采空区瓦斯涌出量为15.95 m3/min、漏风95 m3/min、工作面压力差为93.7 Pa时，1206工作面调整与未调整2种情况下物理模型分别为图2与图3，瓦斯分布流场模拟结果如图4所示，实测变化趋势见图5。

图2 “Y”型通风工作面采空区漏风流线

图3 偏“Y”型通风工作面采空区漏风流线

图4 1206采空区氧气浓度模拟图

图5 1206采空区氧气体积分数实测变化趋势图

5.3 Fluent模拟结果分析

1206工作面由二进一回的“Y”型通风系统改为一进二回的通风系统后(见第116页图6)，对比模拟得出如下结论：

1) 工作面采空区总漏风量从95 m3/min降为46 m3/min。

2) 采空区氧气体积分数小于10%区域前向工作面方向前移20 m～35 m，以防治采空区遗煤自燃。

3) 采空区瓦斯浓度分布规律也发生了变化，采空区总的瓦斯涌出量从15.95 m3/min下降至11.8 m3/min，但工作面上隅角瓦斯涌出量有所增大。通过工作面高位裂隙钻孔与上隅隔膜插管抽采能够解决上隅角瓦斯问题。

图6 1206工作面一进二回“Y”型通风示意图

6 结论

1) 分析1206工作面“Y”型通风对采空区遗煤自燃与采空区瓦斯涌出影响，建立了采空区束管监测系统，根据采空区CO气体分布情况，判定1206工作面采空区遗煤已处于快速氧化状态，给出调整通风系统、采空区注氮、改变高位裂隙孔抽采采空区瓦斯的范围、从工作面下隅角与沿空留巷向采空区注高含水材料等综合防灭火措施，使采空区CO气体迅速下降，有效抑制了采空区遗煤自燃。

2) 通过模拟软件模拟出1206工作由二进一回的“Y”型通风系统改为一进二回的通风系统后，工作面采空区总漏风量从95 m3/min降为46 m3/min。采空区氧气体积分数小于10%区域前向工作面方向前移20 m～35 m，以防治采空区遗煤自燃。采空区总的瓦斯涌出量从15.95 m3/min下降至11.8 m3/min，但工作面上隅角瓦斯涌出量有所增大。

3) 采用高负压抽采本煤层瓦斯，利用高位钻孔抽采靠近工作面附近40 m采空区范围内上部裂隙带区域高浓度瓦斯，加大工作面上隅角埋管抽采瓦斯量，在工作面上隅角20 m范围内沿空隔膜墙上插管抽采密度，由原来6 m间距改为3 m间距。合理调整1206工作面生产期间配风量，控制沿空留巷内风量不超过560 m3/min，保证工作生产期间沿粉留巷瓦斯体积分数不超过0.6%。通过以上瓦斯治理措施，1206工作面在恢复生产到工作面回收期间，生产过程中沿空留巷瓦斯体积分数不超过0.5%与材料回风巷内瓦斯体积分数不超过0.4%。

[1] 牛光勇.近距离煤层上层采空区自燃火灾综合治理技术应用研究[D].太原:太原理工大学,2013.

[2] 陈娟，王俊峰，邬剑明.注惰泡技术在启封高瓦斯矿井自燃火区的应用[J].中国煤炭,2009,35(4):102-103.

[3] 姜凤林.高瓦斯易自燃采煤工作面封闭注氮防火与启封技术实践[J].煤矿安全，2007,21(10):30-32.

[4] 慕洪才.高瓦斯易燃厚煤层综放面火灾的安全封闭与启封[J].煤炭科学技术,2005,33(2):33-38.

[5] 朱令起.矿井火灾预测预警及密闭启封安全性研究[D].徐州:中国矿业大学,2010.

PreventionofresidualcoalspontaneouscombustionandgascontroltechnologyinY-typeventilationworkingface

YANGJianrui

(VentilationDepartmentofFenxiMiningIndustryGroupCo.,Ltd.,JiexiuShanxi032000,China)

It is necessary to grasp the good relationship between spontaneous combustion of coal seam mining and high gas mine in the process of gas control, avoiding goaf air leakage and residual coal spontaneous combustiondue to gas extraction, which ishighly considered in the exploitation of coal seam with high gas and spontaneous combustion. Therefore, how to take out pressure relief gasand prevent coal spontaneous combustionof goaf has became the chief problem of how to realize safe productionfor high gas easy spontaneous combustion mines.

high gas; coal seam of easy spontaneous combustion; Y-type ventilation; physical model; simulation calculation

2017-02-02

杨剑锐，男，1982年出生，2007年毕业于中国矿业大学，在职研究生，通风工程师，现在汾西矿业集团公司通风处工作。

10.16525/j.cnki.cn14-1109/tq.2017.03.39

TD712

1004-7050(2017)03-0114-03

煤矿工程