切顶留巷工作面采空区气体运移规律及通风方式优选研究

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切顶留巷技术改变了顶板压力传递方式和顶板岩石垮落特性,造成采空区渗透性演变规律发生改变,导致采空区漏风规律与传统开采模式存在较大差异。为得到切顶留巷在不同通风方式(“W”、“Y”)下采空区工作面气体运移规律、抽放条件下的自燃三带变化,本文在分析采空区上覆岩层运动规律的基础上,构建了切顶留巷“W”、“Y”型通风模式下采空区孔隙率与渗透率的UDF,得到的主要结论如下:“Y”型通风方式下,切顶留巷漏风流靠近工作面机巷向采空区的漏风风流与风巷向工作面的漏风流汇合向采空区深部运移,在切顶留巷风巷回风处0~100m附近采空区向留巷漏风较为严重。切顶工作面漏向采空区方向随多孔介质孔隙变大而漏风量也变大,且漏风量随至下隅角距离增大,呈现(1)急剧减少(2)抛物线上升(3)线性减少(4)最后在靠近留巷处又急剧增大;随多孔介质孔隙率增大,留巷向采空区的漏风量也越大,且沿工作面走向长度的增大,留巷向采空区漏风量逐渐较少;由于“Y”型通风下的漏风流导致风巷进风处向采空区的漏风流携带的瓦斯浓度向采空区深部集聚,同时在靠近工作面以及留巷处自燃带范围较大。“Y”型通风在工作面上隅角与留巷尾段处瓦斯积存严重。“W”型通风下漏风流线明显不同于“Y”型通风,机巷靠近工作面附近机巷向采空区在不同风量配比、孔隙率下最大漏风量0.4×10-1m3/min,而“Y”型通风最大漏风量为1.25×10-1m3/min,“W”型通风工作面向采空区的漏风流场与留巷进风处向采空区的漏风流汇合后沿风巷回风。“W”型通风工作面漏向采空区方向随堵漏风材料孔隙率变大而漏风量也变大,“W”型通风在留巷进风处0~50m处漏风较为严重,且在下隅角处漏风量小,瓦斯浓度在工作面上隅角处积存较为严重。通过对“W”、“Y”型通风下切顶留巷采空区工作面气体运移规律研究,“W”型通风下工作面向采空区留巷侧帮堵漏风材料孔隙率最大漏风量在0.28~0.4×10-1m3/min,留巷向采空区在留巷侧帮堵漏风材料孔隙率不同下最大漏风量在0.2~0.68×10-2m3/min;而“Y”型通风下工作面向采空区留巷侧帮堵漏风材料孔隙率最大漏风量在0.52~1.25×10-1m3/min,留巷向采空区在留巷侧帮堵漏风材料孔隙率不同下最大漏风量在0.18~0.5×10-2m3/min,综合考虑“W”型通风工作面向采空区、留巷向采空区的漏风量较“Y”型通风的小;在抽放条件下,“W”型通风千米钻孔、埋管瓦斯抽放效果明显但工作面、留巷侧自燃带扩大较显著,在自然发火性较高煤层易自燃,“Y”型通风千米钻孔抽放效果明显且对自燃带影响较弱,埋管抽采效果好但同样自燃带扩大较明显。同时再结合现场实测的的瓦斯浓度数据可知在使用高位钻孔抽放条件下“Y”型通风抽放效果较“W”型通风抽放效果好,在自然发火性较低煤层中可优先使用埋管抽采,埋管尽量布置在窒息带。但无论采取何种抽放措施,在实际的生产过程中都要加强工作面留巷侧煤层的防灭火监测监控。
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