官地矿12605综采工作面上隅角瓦斯积聚防治技术研究

王国栋

摘 要：官地矿为解决12605综采工作面开采过程中反复出现的上隅角瓦斯积聚现象，采用现场工程调研方法并利用FLUENT数值模拟软件对不同通风形式下的瓦斯浓度进行分析，研究发现采用Y型通风取得良好治理效果。同时为了解决瓦斯活跃区的瓦斯浓度大的问题，本文采取在活跃区进行埋管抽采的方式对其进行治理，发现当埋管深度为15m时上隅角与回风巷的瓦斯含量最低，为综采工作面上隅角瓦斯治理提供了理论依据和工艺方法。

关键词：U型通风;FLUENT数值模拟;上隅角;瓦斯积聚

随着煤矿开采深度的增加开采规模的不断增大，开采的煤层主要以赋存较为复杂的煤层为主。赋存复杂的煤层在采掘过程中开采时反复出现瓦斯聚集现象间接引发爆炸等安全事故，困扰煤矿的安全生产。在实际采掘过程中，对于瓦斯积聚的防治技术较多，但防治的效果差强人意。朱献伟[1]采用数值模拟对L型通风的综采工作面采空区瓦斯抽采效果进行验证，发现L型钻孔抽采技术可有效解决上隅角瓦斯积聚的问题，达到了稳定采空区的作用。张志晶[2]对综采工作面开采过程中上隅角瓦斯异常涌出现象，提出在工作面采用U型通风与高位钻孔的方法对瓦斯进行治理，有效解决了上隅角瓦斯超限问题，保证了矿山的安全生产。本文以官地矿12605为研究对象，对12605综采工作面瓦斯进行治理，利用数值模拟软件对不同通风条件下的瓦斯分布进行研究，为治理官地矿瓦斯超限作出了贡献。

1 矿井通风方式及瓦斯积聚规律研究

官地矿位于西山煤田。井田内主要含煤地层为石炭系上统太原组和二叠系下统山西组，共含煤14层，矿井年核定生产能力500万t。12605工作面位于该矿南六采区2#煤层。工作面东北侧为12603工作面，与该工作面相距23m，西南侧为未采区。煤层平均厚度2.4m，埋深215～416m，煤层倾角5°，平均采高2.4m。正巷设计长度为931m，留巷长度730m。由于在矿山的实际生产过程中瓦斯涌出量较大，威胁着矿山设备及矿山人员的安全，所以对上隅角瓦斯进行治理是十分有必要的。

目前我国主要针对煤矿瓦斯治理的方法为增大矿井的通风量、在井下设置挡风墙，对矿井进行设置上隅角风帘等。但上述的治理方案虽然在一定程度上可以治理矿井瓦斯浓度超限的问题，但同样会大矿井的漏风现象，从而引发矿山发生井下火灾。所以在一半治理矿山瓦斯问题时，常常选用加大工作面的通风量，改变或者优化原有的通风系统。现阶段常见的通风形式包括Y型通风、U型通风和联合通风系统。

U型通风是一种常见的一进一回通风系统，此通风系统不仅施工较为简单快捷，同时此通风系统化维修简单，维修成本较低等。但由于采空区的空隙较大，造成部分风流会携带矿井瓦斯进行运动，在回风大巷的上隅角处形成瓦斯的涡流聚集区，导致瓦斯在此部位浓度加大，危害矿井安全。U型通风结构示意图如图1（a）所示。

Y型通风相比于U型通风是一种升级的通风系统，通风采用两进一回的通风模式。在采空区的瓦斯随着通入风流进行排出，与此同时，在工作面的上下侧由于处于进入风流位置，有效的解决了工作面上隅角形成瓦斯的超限问题，较好的改善了矿井回采工作面瓦斯超限的问题，有利于维持矿井的安全生产。但Y型通风同样具有一定的弊端，Y型通风系统施工较为复杂且维护成本较大，所以从经济学角角度可以看出，Y型通风也存在使用的局限性。Y型通风结构示意图如图1（b）所示。

U+L型通风系统同样为U型通风的升级，利用进风巷、尾巷、联络巷及回风巷组成一井两回式通风系统，其具有人工控制通风量，控制风巷的进风量比值等优点，可以在一定程度上解决矿井工作面上隅角瓦斯超限的问题，但此通风方式会加大施工量及后期的维护成本，所以也存在一定的缺点。U+Y型通风结构示意图如图1（c）所示。

為验证不同的通风系统下瓦斯分布规律，采用FLUENT模拟软件以官地矿12605工作面为研究背景。对三种通风系统下的瓦斯浓度分布进行研究，研究发现当采用U型通风时，此时在距离工作面10m的位置上隅角的瓦斯浓度达到1%，但此时Y型通风的上隅角瓦斯浓度仅为0.1%。随着工作面的进一步推进，U型通风的瓦斯量快速升高，当工作面推进至150m时，此时工作面上隅角的瓦斯浓度已经上升至65%。在工作面推进至150m时，此时u+L型通风的瓦斯浓度较U型通风有所降低，但瓦斯浓度仍然高于15%，所以也不否和安全的要求。继续观察Y型通风，可以发现随着工作面的持续推进，瓦斯浓度始终保持一定的稳定，且瓦斯浓度最高不超过0.1%，可以看出U+L型通风治理瓦斯浓度的效果处于U型通风系统与Y型通风之间，两进一回的通风形式可以较好的治理上隅角瓦斯超限问题。

2 瓦斯治理效果分析

在开采过程中，由于瓦斯超限频繁，严重影响着工作面的安全生产。官地矿针对瓦斯的分布规律进行深入研究，对采用U型通风对采空区的瓦斯流动情况进行分析，给出设定瓦斯涌出量为12～16m3/min，风量设定为1500m3/min，并对采空区进行简化处理，进风回风巷尺寸均设置为10m*4m，工作面设定为156m*6m，对模型进行建立及网格划分，根据矿山的实际地质资料对模型的参数进行设定，划分完成后对模型进行计算。

通过模拟可知，随着工作面的推进，上隅角向采空区的深部瓦斯浓度呈现出增大的趋势，距离工作面越远瓦斯的浓度含量越大。距离工作面10m～20m的范围内，瓦斯浓度的变化趋势变化最为明显。所以利用FLUENT模拟软件对不同埋管深度下工作面瓦斯浓度进行模拟。埋管深度选择为5m、15m、25m。模拟结果如图2所示。

从模拟可以看出，上隅角进行埋管对瓦斯的治理效果较为明显，可以有效的降低工作面上隅角瓦斯超限的问题。而当埋管深度为5m时上隅角的瓦斯体积分数为0.6%～0.9%，回风巷的体积分数为0.5%～0.75%。当埋管深度为25m时上隅角的瓦斯体积分数为0.7%～0.95%，回风巷的体积分数为0.5%～0.70%。当埋管的深度为15m时，此时对工作面的瓦斯抽采效果最为理想，上隅角的瓦斯体积分数最低为0.5%～0.8%，回风巷的体积分数为0.4%～0.60%有效的降低了工作面上隅角的瓦斯浓度超限问题，所以埋管深度为15m时的抽采效果最佳。

3 结论

①官地矿采用FLUENT数值模拟软件对不同通风方式下的瓦斯分布规律进行进一步研究发现，采用U型通风和U+L型通风时，瓦斯的浓度随着工作面的推进持续增大，而Y型通风的瓦斯浓度不随工作面的推进而发生改变;②根据对采空区及工作面瓦斯较为活跃的位置进行埋管抽采瓦斯可以有效的降低工作面及采空区的瓦斯浓度，维护巷道安全。通过模拟对不同埋管深度下工作面瓦斯浓度进行分析后发现，当埋管深度为15m时上隅角与回风巷的瓦斯含量减少，有效防治了上隅角瓦斯超限问题。

参考文献：

[1]朱献伟，蔡宏亮，张晓雷.综采工作面上隅角瓦斯积聚防治技术研究[J].煤炭技术，2014（11）：21-23.

[2]张志晶.综采工作面上隅角瓦斯治理技术研究[J].能源与节能，2014（4）：176-177.