楊 陽

(潞安環(huán)能股份公司 常村煤礦 山西 長治 046102)

煤與瓦斯突出是我國礦井生產(chǎn)過程中易發(fā)生的安全事故[1]，不僅影響井下安全高效生產(chǎn)，同時對人員的生命健康帶來極大的危害，當(dāng)突出瓦斯遇明火發(fā)生爆炸時，更易發(fā)生群死群傷的事故[2].因此，煤與瓦斯突出的防治是礦井安全生產(chǎn)研究的重要內(nèi)容。黃振宇等人對突出瓦斯進行來源劃分，通過修正風(fēng)量，規(guī)范瓦斯涌出量計量規(guī)則，得出瓦斯涌出量計算方法[3]；孔彪等人基于瓦斯突出實驗系統(tǒng)，對突出過程中的氣壓變化規(guī)律進行深入研究[4]；孫東玲等人基于煤與瓦斯兩相流裝置，得出初始瓦斯氣體速度對煤粉噴出距離的影響規(guī)律[5].不同礦井條件下煤與瓦斯突出顯現(xiàn)特點有較大差異，基于某礦井2201 W工作面實際情況，開展雙巷掘進煤與瓦斯突出對局部通風(fēng)的影響研究。

1 工程背景

某礦2201 W工作面埋深635.5 m，煤層平均厚度6.5 m，煤層近水平分布，為煤與瓦斯突出礦井，工作面采用雙巷通風(fēng)布置。2019年8月20日，2201 W雙巷掘進中，工作面回風(fēng)巷與相鄰工作面運輸巷間的7#聯(lián)絡(luò)巷發(fā)生煤與瓦斯突出事故，拋煤量350 t，瓦斯涌出總量8.3萬m3，拋煤最遠(yuǎn)距離43 m，瓦斯涌出具有動力效應(yīng)，涌出氣壓沖倒設(shè)備和工作人員。

2 雙巷掘進煤與瓦斯突出分析

2.1 雙巷掘進通風(fēng)特點

雙巷掘進工作面通風(fēng)系統(tǒng)中，通常通過兩巷道間的聯(lián)絡(luò)巷進行掘進頭新鮮風(fēng)流輸送，見圖1，隨著巷道掘進長度的增加，可進行下一階段聯(lián)絡(luò)巷的布置，同時進行通風(fēng)設(shè)置的搬遷，降低工作面過長所帶來的通風(fēng)困難。因此,雙巷掘進不僅能提高掘進巷道通風(fēng)能力，保證工作面保持安全瓦斯?jié)舛确秶瑫r有效減少了局部通風(fēng)設(shè)施和運輸設(shè)施的使用數(shù)量，降低了設(shè)備維修人員的壓力。

圖1 雙巷掘進條件下的巷道局部通風(fēng)示意圖

需要注意的是，在雙巷掘進過程中，當(dāng)存在某一掘進工作面發(fā)生煤與瓦斯突出事故時，其他掘進工作面均會受到影響。因此，分析確定煤與瓦斯突出事故對雙巷掘進的影響對于雙巷掘進煤與瓦斯突出巷道瓦斯突出事故的預(yù)防和控制具有重要作用。

2.2 突出瓦斯運移模型分析

瓦斯突出后首先沿風(fēng)流運移，且突出點最近的瓦斯?jié)舛入S著距離增加而逐漸下降，同時瓦斯突出開始一段時間內(nèi)保持一定的突出速度，然后涌出速度逐漸遞減，瓦斯?jié)舛入S時間呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)關(guān)系。需要注意的是不同突出強度及位置，瓦斯?jié)舛?時間的函數(shù)關(guān)系形式會有所不同，但多呈現(xiàn)出冪函數(shù)關(guān)系[6]，見圖2.

圖2 瓦斯?jié)舛扰c時間的冪函數(shù)關(guān)系圖

為方便研究瓦斯運移規(guī)律，進行模型簡化，即忽略巷道自然瓦斯涌出量，同時假設(shè)瓦斯運移過程為恒溫和恒壓過程，且不同地點斷面面積和流體阻力相同[7].

(1)

式中：

i—初始突出源強度；

j—常數(shù)；

t1—第一階段持續(xù)時間；

t2—第二階段持續(xù)時間。

2.3 突出瓦斯運移模型模擬研究

數(shù)值模擬采用Fluent軟件依據(jù)式(1)進行瓦斯突出條件設(shè)置，模擬具體物理模型建立圖3，各監(jiān)測點位于巷道界面中心位置，point1—point6在x軸方向與運輸平巷突出點距離分別為152 m、456 m、169 m、520 m、858 m和75 m，其中point3為防突風(fēng)門的位置，該點可監(jiān)測瓦斯?jié)舛群蜌鈮?，point2為聯(lián)絡(luò)巷處設(shè)置有臨時風(fēng)門。同時point5為巷道入口，point6為point3—point6所處進風(fēng)巷的中軸線L1的起點，進風(fēng)巷全長704 m.

圖3 突出瓦斯運移物理監(jiān)測模型圖

基于文獻(xiàn)[6]可知，不同強度瓦斯突出量和突出參數(shù)見表1，表2.

基于雙巷瓦斯突出實際情況，并結(jié)合表1和表2數(shù)據(jù)進行模擬，設(shè)置瓦斯涌出量為 25萬 m3，且煤與瓦斯突出后防突風(fēng)門及時關(guān)閉，聯(lián)絡(luò)巷臨時風(fēng)門被摧毀，通過模擬獲得特大型瓦斯突出500 s時運輸平巷和回風(fēng)平巷瓦斯?jié)舛确植紙D，見圖4.

表1 不同強度瓦斯突出量表

表2 不同強度瓦斯突出參數(shù)表

圖4 特大型瓦斯突出500 s時瓦斯?jié)舛确植紙D

分析圖4a)可知，運輸平巷瓦斯突出發(fā)生后沿運輸平巷開始大量涌出，一部分破壞臨時風(fēng)門后，沿聯(lián)絡(luò)巷進入回風(fēng)平巷，由于防突風(fēng)門作用，突出瓦斯只在回風(fēng)平巷部分區(qū)域發(fā)生運移；另一部分瓦斯沿運輸平巷直接涌出工作面外，運輸平巷瓦斯逆流影響范圍約470 m.

分析圖4b)可知，回風(fēng)平巷發(fā)生瓦斯突出后，突出瓦斯沿運輸平巷大量向工作面外涌出，另一部分破壞聯(lián)絡(luò)巷臨時風(fēng)門，進入回風(fēng)平巷，收到回風(fēng)平巷防突風(fēng)門阻隔，瓦斯沒有實現(xiàn)進風(fēng)巷和聯(lián)合巷間的貫通。因此，在防突風(fēng)門周邊區(qū)域呈現(xiàn)出亮暗相間的顏色，運輸平巷瓦斯逆流影響范圍約425 m.

上述結(jié)果表明，相同情況下，無論是回風(fēng)平巷還是運輸平巷發(fā)生瓦斯突出事件，運輸平巷瓦斯運移速度都較回風(fēng)平巷更快，瓦斯突出對運輸平巷破壞力更大，同時運輸平巷發(fā)生瓦斯突出后，其對聯(lián)絡(luò)巷臨時風(fēng)門的破壞力更大，因此在瓦斯突出預(yù)防時，應(yīng)及時做好運輸平巷的預(yù)防。

3 結(jié) 論

結(jié)合某礦地質(zhì)條件進行雙巷掘進下的煤與瓦斯突出研究，通過建立突出瓦斯運移物理監(jiān)測模型，并進行雙巷形式下的瓦斯運移模擬，確定在同等條件下，運輸平巷瓦斯突出較回風(fēng)平巷影響更大，因此需加強對運輸平巷煤與瓦斯突出的預(yù)防。