低渗自燃煤层采空区瓦斯与火共治平衡点研究

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1、低渗自燃煤层采空区瓦斯与火共治平衡点研究何福胜毕建乙山西西山晋兴能源有限责任公司斜沟煤矿摘要：针对斜沟煤矿8#煤为低渗透性自燃煤层难以施工预抽瓦斯钻孔、采空区瓦斯治理难度大的现状，提出采用上隅角浅部埋管抽采与筛管注氮耦合治理技术以防治瓦斯与火共生灾害。利用COMSOL软件数值模拟，研究当抽采量80m3/h和注氮流量700m3/h时，采空区自燃“三带”与注氮时间和配风量之间的关系。结果表明，当注氮吋间为15h和配风量为2000m3/min时，可以有效消除瓦斯与火共生致灾的危险，保障安全生产。通过现场监测，采用下限

2、8%氧体积分数曲线与上限0.004ni/s漏风风速曲线划分采空区自燃“三带”，并绘制自燃“三带”曲线，发现二者基本吻合，模拟结果准确可靠。关键词：低透气性;自燃煤层;瓦斯与火共治;采空区白燃“三带”；数值模拟;作者简介：何福胜（1976-），男，高级工程师，工程硕士，毕业于太原理工大学，主要从事矿井建设技术与管理工作。收稿日期:2017-09-22Received：2017-09-220引言瓦斯爆炸和煤炭自燃是煤矿实际生产中最为突出的2种灾害山。而采空区是自燃煤层生产过程中瓦斯与火复合灾害的重大隐患区域，加之近

3、年来综放和大采高采煤技术越来越成熟，在开采过程中工作面采高大、风量大、开采速度快、工作面丢煤多、上隅角瓦斯超限，加上煤层透气性差导致瓦斯抽釆率低，因此在冋采时采空区瓦斯治理尤为重要。然而瓦斯抽采会造成采空区漏风量增大，造成自燃氧化带变宽，因此在进行瓦斯抽采的过程中，述需考虑采空区自然发火问题，即采空区火与瓦斯耦合治理难题及1。目前煤炭行业瓦斯治理、矿井防灭火技术比较成熟，但很多只是单纯就一个危害因素展开研究，没有考虑到二者之间的耦合影响，极易出现顾此失彼的问题，其至诱发、加剧某一灾害的危险性空1。本文以斜沟煤矿

4、18205工作面采空区为研究对象，提出采用上隅角浅部埋管抽采空区瓦斯与筛管注氮防治采空区自然发火的瓦斯与火共治技术，利用C0MS0L数值模拟研究自燃“三带”的宽度，确定平衡二者关系的最佳参数⑷，现场监测结果与模拟基本吻合，数值模拟结果可以很好地指导现场生产。1斜沟煤矿18205工作面概况8煤18205工作而布置方式如图1所示。图118205工作面布置方式下载原图斜沟煤矿属于河东煤tn离柳矿区，主采煤层为8、13煤，矿井为瓦斯矿井，采用斜井开拓方式。8煤层为自燃煤层，煤层厚度4.70m,倾角9.4。，最短自然发火

5、期为63d,煤尘具有爆炸性。8煤透气性系数为0.01416m/(MPa•d),为低透性煤层。18205工作面可采走向长度为2800m,倾斜长为264m,长壁后退式一次采全高采煤方法，全部垮落法管理顶板，平均推进速度3.2m/d;采用U型通风方式。目前工作面瓦斯涌出量为14.15m/min,上隅角瓦斯体积分数较大，严重影响工作面的推进速度。矿井局部瓦斯涌出异常和煤自燃共存的复合灾害是斜沟煤矿安全生产的重大隐患。218205采空区瓦斯与火共治技术18205工作面配风量为1900~2200m/min,由于8煤层透气性

6、系数小，施工本煤层顺层钻孔进行采前预抽，但效果很不理想。通过瓦斯涌出量预测分析得出：回采期间工作面68%的瓦斯来自于采空区，因此采取上隅角浅部埋管抽采瓦斯，虽然可减少采空区瓦斯向上隅角的涌出，但也使采空区漏风量加大，采空区遗煤存在较大的自然发火危险。而8煤属于自燃煤层，需兼顾釆空区防灭火的问题,提出筛管注氮防治遗煤自燃技术，以消除采空区遗煤自燃的威胁。但平衡二者关系的最佳工艺参数是个难题，本文通过数值模拟和现场实测的方法来确定8煤低渗自燃煤层瓦斯与火共治平衡点，以解决二者之间的矛盾［5］。仃）上隅角浅部埋管抽采

7、瓦斯。在18205I作面材料巷距工作面切顶线外敷设三通连接竖管，间距15^30m,长度1.8m,竖管深入采空区，连接至瓦斯抽放支管，工作而推进30ni后敷设第2条抽采竖管，用以抽采采空区瓦斯。（2）筛管注氮防治遗煤自然发火。18205工作面瓦斯与火治理工艺如图2所示。瓦斯抽放管、注氮管工作面推进方向瓦斯抽采筛管注氮回风顺槽（材料巷）18205工作面►风流方向进风顺槽（皮带巷）由图1分析可知，在18205工作面铺设1条直径50nmi软筛管，随着工作面的推进，筛管置于采空区内，当顶板冒落6^12m时开始注氮，筛管随

8、工作面每推进50m铺设1次，口保持2趟软筛管持续向采空区10、50m范围的氧化带注入氮气，以惰化氧化带。318205采空区瓦斯与火共治技术数值模拟3.1参数及边界条件工作面风流场采用COMSOL流体力学项中的Navier-Stokes方程、采空区气体采用COMSOL对流与扩散项中的对流与扩散方程、采空区渗流场采用COMSOL多孔介质流中的达西定律构建采空区多场耦合数值模型[6-9]o参