綜放工作面合理通風(fēng)參數(shù)的確定

1、      2003-4-5           綜放工作面合理通風(fēng)參數(shù)的確定1概述旗山煤礦礦井生產(chǎn)能力為140萬t/a，主采煤層為石炭二迭系下石盒子組3煤，煤層厚度4.05.0 m，平均厚度4.5 m，煤種為肥氣煤，煤層松軟，煤層普氏系數(shù)f=1.01.2，節(jié)理發(fā)育，煤層穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)簡單，煤層傾角平均9°。煤塵具有爆炸危險性，煤塵爆炸指數(shù)為40.6%，煤層具有自然發(fā)火傾向，自然發(fā)火期13個月。旗山煤礦自1995年以來先后回采了3119工作面等6個工作面，顯示了高產(chǎn)、高

2、效的優(yōu)點(diǎn)。但通風(fēng)防火問題、采出率低等問題始終是綜采放頂煤技術(shù)的難題。與普通綜采、炮采相比，其產(chǎn)量高、瓦斯涌出量大、產(chǎn)塵點(diǎn)多、產(chǎn)塵量大，采空區(qū)遺煤多，造成通風(fēng)防火管理難度大。綜放面“一通三防”的技術(shù)關(guān)鍵是通風(fēng)參數(shù)的合理選擇，過去工作面風(fēng)量配給主要考慮瓦斯、溫度、風(fēng)速，而對綜放面而言還要重點(diǎn)考慮粉塵和采空區(qū)防火，因此尋找適合綜放面的通風(fēng)參數(shù)是一個新的通風(fēng)防火重要課題，通過現(xiàn)場實(shí)測、計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬等方法，得出了合理的通風(fēng)參數(shù)。2瓦斯涌出規(guī)律由于3煤層煤質(zhì)松軟，孔隙率大，瓦斯易于逸出，瓦斯放散指數(shù)880 Pa，孔隙率5.56%，瓦斯含量系數(shù)13.09 m3/（m3。MPa0.5），瓦斯壓力較小。相對瓦

3、斯涌出量不隨產(chǎn)量增加而增加，卻呈指數(shù)下降趨勢，如圖1為日產(chǎn)量與瓦斯相對涌出量的統(tǒng)計(jì)關(guān)系。為了找出工作面風(fēng)量與絕對瓦斯涌出量的關(guān)系，在3119綜放工作面通過調(diào)整工作面風(fēng)量測得上隅角瓦斯?jié)舛鹊淖兓?guī)律如圖2所示。說明風(fēng)量小，稀釋瓦斯的能力弱，風(fēng)量增加，上隅角氣體濃度下降，但風(fēng)量增加到一定程度，可能把采空區(qū)的瓦斯帶出，氣體濃度又有所上升。因此，風(fēng)量控制在合適的范圍，即可控制工作面內(nèi)的氣體濃度。圖1產(chǎn)量與相對瓦斯涌出量的關(guān)系圖2風(fēng)量與瓦斯?jié)舛鹊年P(guān)系3工作面粉塵濃度與風(fēng)量的關(guān)系由于綜采放頂煤工作面產(chǎn)塵點(diǎn)除采煤機(jī)割煤外，增加移架過程架前架間漏煤、架后放煤以及兩部刮板輸送機(jī)運(yùn)煤，尤其是放煤和移架過程產(chǎn)塵量最

4、大，因此，合理的風(fēng)量可以實(shí)現(xiàn)最小產(chǎn)塵量，如圖3所示不同風(fēng)量下落煤和移架工序的產(chǎn)塵量。圖3風(fēng)量與粉塵濃度關(guān)系4采空區(qū)遺煤發(fā)火與風(fēng)量的關(guān)系由于我礦煤自然發(fā)火嚴(yán)重，為了控制采空區(qū)遺煤發(fā)火，找出風(fēng)量與采空區(qū)“三帶”分布關(guān)系，采取埋束管取樣和建立數(shù)學(xué)模型模擬分析相結(jié)合。4.1“三帶”分布規(guī)律在采空區(qū)內(nèi)埋設(shè)束管和溫度探頭，定期從采空區(qū)取氣樣化驗(yàn)、測量溫度，找出采空區(qū)內(nèi)溫度變化趨勢和氣體變化規(guī)律。通過對測量數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬回歸得出各項(xiàng)參數(shù)的回歸方程分別為：溫度回歸方程如下式(見圖4，橫軸值x，縱軸值y)：y36.02-0.021x3+0.686 8x24.047xR20.972 4圖4采空區(qū)溫度變化趨勢氧

5、氣濃度回歸方程如下式(見圖5，橫軸值x，縱軸值y)：y-2.961 2lnx+23.146R20.937 3圖5采空區(qū)內(nèi)氧氣濃度變化趨勢一氧化碳濃度回歸方程如下式(見圖6，橫軸值x，縱軸值y)：y0.66+0.001 1x30.1497x25.191xR20.948 2圖6采空區(qū)內(nèi)一氧化碳濃度變化趨勢對回歸方程分別求解、分析，得出如下結(jié)論：(1)隨工作面的推進(jìn)，氧氣含量呈對數(shù)函數(shù)衰減，氧含量為10%時，采空區(qū)深度為56.5 m。(2)隨工作面的推進(jìn)，一氧化碳濃度逐漸上升，到達(dá)高峰，然后逐漸下降，當(dāng)一氧化碳濃度到達(dá)高峰時，采空區(qū)深度為29 m，一氧化碳濃度為零時，采空區(qū)深度為55 m。(3)從圖

6、4可以看出，采空區(qū)深度為15 m時，溫度急劇上升，顯然，遺煤進(jìn)入自燃帶范圍，對回歸方程求解，得出最易氧化帶為33m，窒息帶邊界為60 m。即：在工作面風(fēng)量為610 m3min，工作面兩端壓差為22 Pa的條件下，不自燃帶為015 m；自燃帶為1560 m；窒息帶60 m，最易自燃深度為2933 m。4.2采空區(qū)漏風(fēng)流場數(shù)值模擬分析采空區(qū)漏風(fēng)風(fēng)流的存在是采空區(qū)遺煤自然發(fā)火的根本原因，而工作面風(fēng)量與漏風(fēng)量存在一定關(guān)系，因此，研究工作面風(fēng)量對采空區(qū)風(fēng)流分布的影響，也就找出了工作面風(fēng)量與采空區(qū)遺煤自然發(fā)火的關(guān)系。采空區(qū)內(nèi)風(fēng)流符合非線性滲流定律，利用有限元法插值求解，利用計(jì)算機(jī)編制解算程序，輸入邊界條件

7、，改變風(fēng)量模擬解算，結(jié)果表明，“三帶”位置隨風(fēng)量變化而正比例關(guān)系變化，如圖7所示。根據(jù)該礦綜放工作面23個月推進(jìn)度統(tǒng)計(jì)平均為4245 m/月，如果月推進(jìn)度小于自燃帶距離，可能導(dǎo)致自燃，從圖7可以找出與自燃帶距離45 m的適宜風(fēng)量為620 m3min。圖7風(fēng)量與自燃帶位置關(guān)系5風(fēng)量計(jì)算工作面風(fēng)量的配風(fēng)依據(jù)在煤礦安全規(guī)程可參照的有第106、107、108及110條，法定標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定工作面及回風(fēng)流瓦斯?jié)舛?%，容許風(fēng)速0.255 m/s；空氣溫度26 ；工作地點(diǎn)每人供風(fēng)量4 m3/min。依據(jù)徐州礦務(wù)集團(tuán)有限公司風(fēng)量計(jì)算細(xì)則，計(jì)算如下：基本風(fēng)量Q160VS式中V工作面平均風(fēng)速，取1 m/s；S工作面有效

8、通風(fēng)平均斷面SK（S1S2），m2；K斷面因數(shù)，考慮支柱、浮煤、輸送機(jī)擋板及雜物的影響，取0.75。如圖8所示，圖8支架剖面示意圖S1(4.68+4.1)÷2×28.78 m2S21.64×2÷21.64 m2S0.75×(8.78+1.64)7.8 m2Q160×1.0×7.8468 m3/min考慮工作面溫度調(diào)整系數(shù)Q2K1Q11.25×468585 m3/min式中K1溫度調(diào)整系數(shù)，取1.25?？紤]工作面瓦斯涌出不均衡系數(shù)Q3K2Q11.1×468515 m3/min式中K2瓦斯涌出不均衡系數(shù)，取1.1。按人數(shù)計(jì)算Q44×N4×50200 m3/min式中N工作面同時工作最多時人數(shù)，取50。以上計(jì)算結(jié)果，工作面配風(fēng)量取最大值585 m3/min。6結(jié)論綜上所述，工作面采用“U”形通風(fēng)方式，上行通風(fēng)，風(fēng)量控制在580620 m3/min，在此風(fēng)量下工作面上隅