综放工作面合理通风参数的确定 综放工作面合理通风参数的确定 王钦方 摘 要 综合考虑粉尘、火、瓦斯等安全因素，通过现场实测和计算机数值模拟等方法，得出了适合综放工作面的合理通风风量。 关键词 综放工作面 风量 通风参数 1 概述 旗山煤矿矿井生产能力为140万t/a，主采煤层为石炭二迭系下石盒子组3＃煤，煤层厚度4.0～5.0 m，平均厚度4.5 m，煤种为肥气煤，煤层松软，煤层普氏系数f=1.0～1.2，节理发育，煤层稳定，结构简单，煤层倾角平均9°。煤尘具有爆炸危险性，煤尘爆炸指数为40.6%，煤层具有自然发火倾向，自然发火期1～3个月。 旗山煤矿自1995年以来先后回采了3119工作面等6个工作面，显示了高产、高效的优点。但通风防火问题、采出率低等问题始终是综采放顶煤技术的难题。与普通综采、炮采相比，其产量高、瓦斯涌出量大、产尘点多、产尘量大，采空区遗煤多，造成通风防火管理难度大。综放面“一通三防”的技术关键是通风参数的合理选择，过去工作面风量配给主要考虑瓦斯、温度、风速，而对综放面而言还要重点考虑粉尘和采空区防火，因此寻找适合综放面的通风参数是一个新的通风防火重要课题，通过现场实测、计算机数值模拟等方法，得出了合理的通风参数。 2 瓦斯涌出规律 由于3＃煤层煤质松软，孔隙率大，瓦斯易于逸出，瓦斯放散指数Δ＝880 Pa，孔隙率υ＝5.56%，瓦斯含量系数α＝13.09 m3/（m3。MPa0.5），瓦斯压力较小。相对瓦斯涌出量不随产量增加而增加，却呈指数下降趋势，如图1为‘日产量与瓦斯相对涌出量的统计关系。为了找出工作面风量与绝对瓦斯涌出量的关系，在3119综放工作面通过调整工作面风量测得上隅角瓦斯浓度的变化规律如图2所示。说明风量小，稀释瓦斯的能力弱，风量增加，上隅角气体浓度下降，但风量增加到一定程度，可能把采空区的瓦斯带出，气体浓度又有所上升。因此，风量控制在合适的范围，即可控制工作面内的气体浓度。 图1 产量与相对瓦斯涌出量的关系 图2 风量与瓦斯浓度的关系 3 工作面粉尘浓度与风量的关系 由于综采放顶煤工作面产尘点除采煤机割煤外，增加移架过程架前架间漏煤、架后放煤以及两部刮板输送机运煤，尤其是放煤和移架过程产尘量最大，因此，合理的风量可以实现最小产尘量，如图3所示不同风量下落煤和移架工序的产尘量。 图3 风量与粉尘浓度关系 4 采空区遗煤发火与风量的关系 由于我矿煤自然发火严重，为了控制采空区遗煤发火，找出风量与采空区“三带”分布关系，采取埋束管取样和建立数学模型模拟分析相结合。 4.1 “三带”分布规律 在采空区内埋设束管和温度探头，定期从采空区取气样化验、测量温度，找出采空区内温度变化趋势和气体变化规律。通过对测量数据进行计算机模拟回归得出各项参数的回归方程分别为： 温度回归方程如下式(见图4，横轴值x，纵轴值y)： y＝36.02-0.021x3+0.686 8x2－4.047x R2＝0.972 4 图4 采空区温度变化趋势 氧气浓度回归方程如下式(见图5，横轴值x，纵轴值y)： y＝-2.961 2lnx+23.146 R2＝0.937 3 图5 采空区内氧气浓度变化趋势 一氧化碳浓度回归方程如下式(见图6，横轴值x，纵轴值y)： y＝0.66+0.001 1x3－0.1497x2＋5.191x R2＝0.948 2 图6 采空区内一氧化碳浓度变化趋势 对回归方程分别求解、分析，得出如下结论： (1)随工作面的推进，氧气含量呈对数函数衰减，氧含量为10%时，采空区深度为56.5 m。 (2)随工作面的推进，一氧化碳浓度逐渐上升，到达高峰，然后逐渐下降，当一氧化碳浓度到达高峰时，采空区深度为29 m，一氧化碳浓度为零时，采空区深度为55 m。 (3)从图4可以看出，采空区深度为15 m时，温度急剧上升，显然，遗煤进入自燃带范围，对回归方程求解，得出最易氧化带为33m，窒息带边界为60 m。即：在工作面风量为610 m3／min，工作面两端压差为22 Pa的条件下，不自燃带为0～15 m；自燃带为15～60 m；窒息带＞60 m，最易自燃深度为29～33 m。 4.2 采空区漏风流场数值模拟分析 采空区漏风风流的存在是采空区遗煤自然发火的根本原因，而工作面风量与漏风量存在一定关系，因此，研究工作面风量对采空区风流分布的影响，也就找出了工作面风量与采空区遗煤自然发火的关系。 采空区内风流符合非线性渗流定律，利用有限元法插值求解，利用计算机编制解算程序，输入边界条件，改变风量模拟解算，结果
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明，“三带”位置随风量变化而正比例关系变化，如图7所示。根据该矿综放工作面23个月推进度统计平均为42～45 m/月，如果月推进度小于自燃带距离，可能导致自燃，从图7可以找出与自燃带距离45 m的适宜风量为620 m3／min。 图7 风量与自燃带位置关系 5 风量计算 工作面风量的配风依据在《煤矿安全规程》可参照的有第106、107、108及110条，法定标准规定工作面及回风流瓦斯浓度≤1%，容许风速0.25～5 m/s；空气温度≤26 ℃；工作地点每人供风量≥4 m3/min。 依据徐州矿务集团有限公司风量计算细则，计算如下： 基本风量 Q1＝60VS 式中 V——工作面平均风速，取1 m/s； S——工作面有效通风平均断面 S＝K（S1－S2），m2； K——断面因数，考虑支柱、浮煤、输送机挡板及杂物的影响，取0.75。 如图8所示， 图8 支架剖面示意图 S1＝(4.68+4.1)÷2×2＝8.78 m2 S2＝1.64×2÷2＝1.64 m2 S＝0.75×(8.78+1.64)＝7.8 m2 Q1＝60×1.0×7.8＝468 m3/min 考虑工作面温度调整系数 Q2＝K1Q1＝ 1.25×468＝585 m3/min 式中 K1——温度调整系数，取1.25。 考虑工作面瓦斯涌出不均衡系数 Q3＝K2Q1＝ 1.1×468＝515 m3/min 式中 K2——瓦斯涌出不均衡系数，取1.1。 按人数计算 Q4＝4×N＝ 4×50＝200 m3/min 式中 N——工作面同时工作最多时人数，取50。 以上计算结果，工作面配风量取最大值585 m3/min。 6 结论 综上所述，工作面采用“U”形通风方式，上行通风，风量控制在580～620 m3/min，在此风量下工作面上隅角瓦斯浓度基本在0.5%以下，工作面风速适宜，排尘效果良好，此时工作面前部输送机上方风速为1.3～1.5 m/s，后部输送机上方风速为0.8～1.1 m/s。推进速度保持40 m/月及以上，在不采取其他
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的情况下基本杜绝工作面一氧化碳超限的现象，减少了大量的人力物力。 作者简介 王钦方 1966年生，1988年毕业于中国矿业大学，现任徐州矿务集团有限公司旗山煤矿副总
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多篇。地址：江苏省徐州东郊，邮码：221000。 作者单位：徐州矿务集团有限公司旗山煤矿
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