走向高抽巷合理布置位置参数研究_张聪华.pdf

走向高抽巷合理布置位置参数研究 张 聪 华 （西山煤电马兰矿 ，山西 古交 030200 ） 摘要 为确保工作面采用走向高抽巷抽采瓦斯取得良好的治理效果， 通过理论分析初步确定高抽巷 的布置位置参数， 采用 Fluent 软件对高抽巷不同布置位置条件下的瓦斯抽采效果进行研究， 最终确定 1228 工作面高抽巷最佳位置为与煤层底板垂距 32m， 与 1228 材料巷平距 35m， 后期应用取得了良好 的抽采效果， 为该矿其他回采工作面瓦斯治理提供了参考依据。 关键词 采空区 ； 数值模拟 ； 理论计算 ； 高抽巷 中图分类号 TD712文献标志码 A文章编号 1009- 0797 （2020 ） 03- 0139- 03 Research on Reasonable Location Parameters of High Pumping Lane in Shuguang Coal Mine ZHANG Conghua （Xishan Coal and ElectricityMalan Mine , Shanxi Gujiao 030200） Abstract In order to ensure that the Coal Mine adopted the gas extraction from the high pumping lanes to achieve a good control effect, the layout position parameters ofthe high pumpinglanes were initiallydetermined through theoretical analysis, and the Fluent software was used to study the gas drainage effects under different layout positions of the high pumping lanes. It was finally determined that the optimal location of the high extraction roadway in the 1228 working face is a vertical distance of 32m from the seam floor and a horizontal distance of 35m from the 1228 material roadway. The later application has achieved good extraction results, providing a reference for the gas management of other miningfaces in the mine. in accordance with. Keywords Goaf; numerical simulation ; theoretical calculation ; high pumpinglane 0引言 随着近些年煤矿开采机械化程度的提高， 采煤 工作面的开采强度日益增强， 导致高瓦斯矿井面临 的瓦斯威胁加剧， 工作面上隅角、 回风巷内瓦斯超 限问题成为影响矿井生产效率和安全的重要因素。 高抽巷瓦斯抽采技术是近些年新兴的一种对于解 决上隅角瓦斯超限问题非常行之有效的技术手段， 而高抽巷的布置层位、 布置方式等是决定其应用效 果的关键因素。为保证煤矿的安全高效生产， 以 1228 工作面为研究对象， 通过数值模拟、 理论计算 研究分析其高抽巷的相关参数，指导 1228 工作面 瓦斯的治理工作， 对于保证高瓦斯工作面的安全高 效生产具有重要意义。 1工程概况 山西离柳矿区某矿主采 2、 3 号煤层， 2 号煤层厚 0～3.13m，平均 1.40m，属全井田稳定大部分可采煤 层； 3 号煤层厚度 0～1.85m， 平均 1.00m， 属不稳定局 部可采煤层；矿井为高瓦斯矿井； 2、 3、 9、 1011 号煤 层之煤尘均有爆炸危险性； 2 号煤层属自燃煤层。矿 井现开采 2 号煤层， 矿井开采上组煤时设一个开采水 平，水平标高 585m， 2 号、 3 号煤层联合开采， 1228 综采工作面走向长度 1630m， 切眼总长 184m， 切眼实 体长 176m。煤层采高 2.85m， 1228 工作面采用 U 型 通风， 即 1228 运输巷进风， 1228 材料巷回风， 1228 综 采工作面在掘进期间绝对瓦斯涌出量 0.90m3/min， 回 采期间， 绝对瓦斯涌出量 9.75m3/min， 工作面采用走 向高抽巷抽采采空区瓦斯的治理方法。 2高抽巷合理布置参数理论分析 2.1高抽巷垂直布置层位 采煤工作面采用自然垮落法管理顶板， 采空区 上覆岩层根据其垮落情况， 在垂直方向可分为冒落 带、 裂隙带和弯曲下沉带[1]， 在煤层上部岩层内布置 用来抽放采空区瓦斯的高抽巷时， 高抽巷与煤层顶 板的垂直距离对瓦斯抽采的效果非常关键， 采空区 上覆岩层中的裂隙带， 岩块之间裂隙非常大， 空气 连通性运移非常有益， 采空区瓦斯容易在该层位汇 集， 因此将高抽巷布置在该层位中， 将会取得更为 理想的瓦斯治理效果， 根据生产矿井地质报告得知 2 煤顶板属于中硬围岩， 则其冒落带和裂隙带的计 算公式如下[2] 冒落带 H冒 100m 4.7m2.9 2.2（1） 煤矿现代化2020 年第 3 期总第 156 期 139 ChaoXing 裂隙带 H裂 100m 1.6m3.6 5.6（2） 式中 m 为工作面采高， 1228 工作面平均采高 为 2.85m， 代入式 （1） 计算可得 1228 工作面采空区 上覆岩层冒落带高度为 15.29～19.69m， 裂隙带发育 高度为 29.33～40.52m，由此可知， 1228 工作面采空 区上覆岩层裂隙带发育范围为 20～41m，走向高抽 巷与煤层顶板的距离应尽量处于该范围内。 2.2高抽巷水平布置参数理论分析 走向高抽巷通常布置在采煤工作面两个回采 巷道之间， 由于工作面回风巷道一侧瓦斯浓度相对 较高， 有益于高抽巷对于采空区瓦斯的抽采， 因此 高抽巷布置在回风巷一侧， 即 1228 材料巷一侧， 但 是高抽巷与 1228 材料巷的距离不易太小，距离过 小易导致高抽巷的风流和回风风流联通， 导致回采 巷道漏风， 将影响工作面瓦斯的排放， 根据相关的 文献，高抽巷水平布置位置的理论计算模型如图 1 所示。 图 1高抽巷水平布置位置理论计算模型 高抽巷与 1228 材料巷水平距离计算公式[3] S△LL1（3） △L 1 3 1 3 X （） L（4） 式中 S 为高抽巷距 1228 材料巷的水平距离； △L 为高抽巷抽采瓦斯充分卸压的范围； L1为确保 高抽巷围岩稳定的水平投影长度； X 为采煤工作面 倾斜长度， 1228 工作面为 184m； L 距离 1228 材料巷 不卸压的水平投影长度； L H tgβ ， H 为工作面采 高，为 2.85m， β 为采空区上覆岩层卸压角， 为 72.5，则 L9.0m； L1 H tgα ， α 为上覆岩层冒落 角， 为 67.5， 则 L16.9m； 以上参数代入式 （4） 计算 可得△L17.44m，则高抽巷距 1228 材料巷的水平 距离 S24.34m。由此可知， 为保证高抽巷抽采的独 立性， 其与 1228 材料巷的水平距离不小于 24.34m， 此外，高抽巷距离 1228 材料巷的水平距离要小于 工作面长度的 1/3 （61.33m ） ， 则走向高抽巷和 1228 材料巷的水平距离应在 24～61m 范围内较合理。 3高抽巷合理布置参数模拟研究 高抽巷的布置层位最终归结于对采空区瓦斯 抽采效果的影响，为更加准确的确定 1228 工作面 高抽巷的合理布置层位， 以求达到较好的瓦斯抽采 效果， 采用 Fluent 模拟软件对不同高抽巷位置条件 下采空区瓦斯抽采效果进行模拟分析[4]， 首先采用 Workbench- Geometry 前处理器建立采空区物理模 型， 然后采用 Mesh 进行网格的划分， 设置模型的相 关参数、 边界条件， 然后通过 Fluent 进行求解。整个 模型尺寸为 190m （宽） 240m （长） 49m （高） ， 高抽 巷抽采负压为 7.5kPa， 进风口配风量为 35m3/s， 出风 口为自由出口， 高抽巷设置为压力出口。首先对高抽 巷的垂直层位进行模拟分析，参考理论计算的结果， 设计高抽巷距离煤层顶板分别为24m、 28m、 32m、 36m，高抽巷距离 1228 材料巷的水平距离设置为 30m。 图 21228 工作面采场网格模型 不同垂距条件下高抽巷内瓦斯抽采纯量、 抽采 浓度及上隅角瓦斯浓度的变化关系如图 3 所示， 随 着高抽巷与煤层顶板垂直距离的增大， 上隅角瓦斯 浓度及高抽巷抽采瓦斯浓度呈现逐渐增大的趋势， 而瓦斯抽采纯量呈现先增大后减小的趋势， 对于该 种现象可进行如下解释， 当高抽巷与煤层顶板垂距 为 24～28m 之间时， 高抽巷靠近采空区， 高抽巷处于 裂隙带的中下部， 能有效抽采工作面瓦斯， 故上隅 角瓦斯浓度较低， 但是由于回风巷的漏风导致瓦斯 浓度和瓦斯纯量较低， 对于裂隙带中上部的瓦斯抽 煤矿现代化2020 年第 3 期总第 156 期 140 ChaoXing 采效果不佳； 当高抽巷布置在距离煤层顶板 32m处， 高抽巷位于裂隙带中上部， 能够有效抽采整个裂隙带 的瓦斯， 因此瓦斯纯量和浓度增高， 由于距离工作面 较远，因此工作面上隅角的瓦斯浓度较高；当高抽 巷距离煤层顶板 36m 时，高抽巷位于裂隙带上部， 距离采空区较远，采空区瓦斯上浮受到较大的阻 力， 采空区的瓦斯不能及时抽排， 因此瓦斯的抽采 纯量和抽采浓度下降； 综上所述， 高抽巷抽采后上 隅角的瓦斯浓度均小于 1， 满足要求， 当高抽巷布 置在垂距为 32m 时， 对于采空区瓦斯的抽采效果最 佳， 因此确定高抽巷最佳布置垂距为 38m。 （a） 瓦斯抽采纯量和瓦斯抽采浓度图 （b） 上隅角瓦斯浓度 图 3不同垂距下数值模拟结果统计 （a） 瓦斯抽采纯量和瓦斯抽采浓度图 （b） 上隅角瓦斯浓度 图 4不同水平距离条件下模拟结果统计 为确定高抽巷平面最佳的布置位置， 参考理论 计算的距 1228 材料巷合理范围为 24～61m，对距 1228 材料巷水平距离为 25m、 35m、 45m、 55m 条件 下的抽采效果进行模拟分析， 模拟时高抽巷距底板 的垂直距离为 32m。通过对数值模拟结果整理得到 图 4， 由图可以看出， 随着高抽巷与 1228 材料巷水 平距离的增大， 上隅角瓦斯浓度逐渐增大， 主要由 于高抽巷距离上隅角距离越来越大； 瓦斯抽采纯量 和浓度呈现先增大后减小的趋势， 当高抽巷距 1228 材料巷较近时，材料巷部分风流会涌入高抽巷， 导 致高抽巷无法抽采高浓度的瓦斯， 因此随着水平距 离增大， 瓦斯的抽采纯量和浓度逐渐增大； 当水平 距离大于 35m 时， 高抽巷抽采瓦斯浓度有效面积在 缩减， 且上隅角瓦斯浓度将维持在较高的水平。综 上分析， 显然将高抽巷布置在距离 1228 材料巷 35m 处时是最合理的。 4结论和建议 针对高瓦斯矿井， 为使走向高抽巷取得良好的 瓦斯治理效果， 通过理论分析计算得到高抽巷距煤 层底板合理垂距的范围为 20～41m，高抽巷与 1228 材料巷合理水平距离的范围为 24～61m， 采用 Fluent 模拟软件对不同垂距、 水平距离条件下的抽采效果 进行研究， 进一步确定高抽巷布置在距采空区底板 32m， 距 1228 材料巷水平距为 35m 处的位置为高抽 巷布置的最佳位置。研究结果为 1228 工作面高抽 巷的布置提供可靠依据。后期的瓦斯抽采验证了高 抽巷位置的合理性。 参考文献 [1] 刘志成. 浅谈王庄煤矿高抽巷布置的参数优化 [J]. 煤, 2019,28 （12） 101- 102. [2] 李德.高抽巷竖直层位布置对抽采效果影响研究[J].山西 冶金,2019,42 （05） 50- 5165. [3] 郭洪. 阳煤集团 15201 综放面通风模式对瓦斯抽采效果 的影响研究[J].神华科技,2019,17 （09） 37- 39. [4] 李欣.浅谈高河煤矿高抽巷的布置及瓦斯抽放效果[J].煤 矿现代化,2019 （06） 166- 167170. 作者简介 张聪华 （1974-） ， 男， 汉族， 2011 年 1 月毕业于太原理工 大学采矿工程专业 （本科） ， 通风副总工程师， 研究方向 通风 安全， 现在的职称 通安工程师。 （收稿日期 2020- 3- 10） 煤矿现代化2020 年第 3 期总第 156 期 141 ChaoXing