Y型通风综采面运巷与风巷合适配风比

王春霞^1，2,杨付领, 石开仪¹

(1.六盘水师范学院 矿业与土木工程学院，贵州 六盘水 553004；2.河南理工大学 安全科学与工程学院，河南 焦作 454003）

摘要：通过对Y型通风情况下，运巷和风巷配风比不同时，工作面采空区风流流场进行数值模拟。结果表明：运巷和风巷配风比越大，即运巷风量越大，流经工作面的风量也越大，工作面两端压差也越大，工作面漏向采空区的漏风量也越大，而工作面瓦斯浓度不断降低；但是上隅角和尾巷的瓦斯浓度不断升高。经过数值模拟和现场不断测试分析，确定运巷和风巷合适配风比为3:1。

关键词：Y型通风；配风比；瓦斯浓度；数值模拟

中图分类号：TD712      文献标志码：A                 文章编号：

The suitable air distribution ratio of haul road and ventilating road in the working face of Y-ventilation

WANG Chun-xia¹, AI De-chun¹, YANG Fu-ling¹, SHI kai-yi¹

( 1.Department of Ming Engineering, Liupanshui Normal University, Liupanshui, 553001, Gui Zhou, China;2.School of Safety Science and Engineering,Henan Polytechnic University,Jiasozuo,454003,China)

Abstract: The thesis simulates the airflow field and gas transport in goaf under the different air distribution ratio of haul road and ventilating road in the Y-ventilation. The study showed that the air volume and the pressure difference of working face, and air leakage from working face to goaf will increase with the increase of air distribution ratio of haul road and ventilating road. the gas concentration of working face reduction, but the gas concentration of upper corner and end roadway with the increase of air distribution ratio of haul road and ventilating road. It can be confirmed that suitable air distribution ratio of haul road and ventilating road is 3:1.

Key words: Y-ventilation; air distribution ratio; gas concentration; numerical simulation

0引言

“Y”型通风综采面两进一回，运巷进入的风流经过工作面后和风巷进入的风流在上隅角处汇合共同流入尾巷。综采面采用Y型通风系统不仅从根本上解决了上隅角瓦斯的积聚问题，而且各种管道、设备、运煤都在新鲜风流中，在瓦斯专用巷（尾巷）没有轨道、电缆和管子等，提高了回风巷的安全性。运巷进风的作用可以稀释工作面煤壁涌出的瓦斯，风巷进风可以避免工作面上隅角瓦斯积聚，稀释沿空留巷瓦斯浓度。但是，运巷和风巷双巷配风比的不同，会造成工作面两端压差不同，使得工作面和采空区风流场也不一样。因此在工作面总风量一定的前提下，机巷、风巷合理的配风比至关重要。

1数值模拟的物理模型及边界条件

1.1物理模型

依据8103工作面实际情况，建立CFD数值模拟物理模型。采空区长300m、宽266m、高50m；工作面长266m、宽5.5m、高3.5m；进、回风巷长30m、宽5.4m、高3m；尾巷长300m、宽5.4m、高3m。模型网格划分：进、回风巷等风流集中区域，网格划分为0.2m的精细网格，而在采空区层流区域，网格划分为2m网格。建立物理模型如图1所示。

1.2边界条件设定

经过现场实测，8103工作面两端压差为244.8Pa，机巷和风巷总进风量为2019m³/min，尾巷回风，故模型边界条件设置为：

（1）运巷入口设置为速度入口（Velocity-inlet），固定风量根据运巷和风巷配风比例计算；

（2）风巷入口设置为速度入口（Velocity-inlet），固定风量根据运巷和风巷配风比例计算；

（3）尾巷出口设置：尾巷设置为自由流出口（Outflow）；

（4）源项：工作面及采空区瓦斯涌出设置为均匀涌出，工作面煤壁及落煤平均瓦斯涌出量为10.35m³/min，采空区平均瓦斯涌出量为5.20m³/min。

（5）采空区孔隙率的设置：采空区为均匀孔隙率=0.3。

图1工作面采空区数值模拟物理模型俯视图

2“Y”型通风综采面运巷与风巷合适配风比研究

为了确定“Y”型通风综采面运巷与风巷合适配风比，以下对8103工作面进风量为2019m³/min，运巷和风巷比例分别为1:1、2:1、3:1和4:1四种情况下采空区风流及瓦斯分布规律进行了研究。

2.1 运巷和风巷不同配风比情况下采空区流场分布

不同配风比下工作面漏风分布和采空区流场分布规律如图2、图3所示。

                   a. 配风比1:1                                            b. 配风比 2:1

                   c. 配风比3:1                                         d. 配风比 4:1

图2 不同配风比时采空区流线

图3 不同配风比时工作面漏风分布

由图2、3可以看出，运巷和风巷不同配风比时，工作面向采空区漏风规律相同，均是全程向采空区漏风，从进风侧至回风侧，漏风量逐渐减少；但是运巷和风巷的风量不同配风比时，采空区漏风量有所差异。随着机巷进风比例的增加（从1:1到4:1），流经工作面的风量不断增加，工作面两端的压差也不断增加，往采空区的漏风量也逐渐增大。

2.2 运巷和风巷不同配风比情况下采空区瓦斯分布规律

工作面总风量一定情况下，运巷和风巷不同配风比时采空区瓦斯分布规律如图4所示。

a. 配风比1:1                            b. 配风比 2:1

c. 配风比3:1                            d. 配风比 4:1

图4 不同配风比时采空区瓦斯分布

由4-3图可知，运巷和风巷不同配风比时采空区瓦斯分布规律一致，均是越往采空区深处瓦斯浓度越高，越靠近回风侧采空区瓦斯浓度越高；随着机巷进风比例的增加（从1:1到4:1），高浓度瓦斯有向采空区深部运移的趋势，这是因为随着机巷、风巷配风比例的增大，工作面和尾巷之间的压差增大，工作面向采空区漏风风量增大。

2.3 运巷和风巷不同配风比情况下工作面和上隅角瓦斯变化规律

工作面总风量一定情况下，运巷和风巷不同配风比时工作面（平均浓度）和上隅角瓦斯浓度，如图5所示。

图 5不同配风比时工作面上隅角瓦斯浓度

由图5可以看出，在总风量不变的情况下随着运巷和风巷配风比的增大，上隅角瓦斯浓度逐渐升高，工作面瓦斯浓度逐渐降低。这主要是因为随着运巷与风巷的配风比增大，即运巷进风量增大，工作面瓦斯被稀释其浓度逐渐降低，风巷进风量减小，对上隅角处涡流区吹散的动力变小，稀释瓦斯浓度效果减弱，造成上隅角瓦斯浓度升高。

2.4 运巷和风巷不同配风比情况下尾巷瓦斯浓度分布规律

工作面总风量一定情况下，运巷和风巷不同配风比时尾巷瓦斯浓度，如图6所示。

图6不同配风比时尾巷内瓦斯浓度分布

由图6可以看出，越往尾巷深部，采空区瓦斯不断向尾巷内涌出，尾巷瓦斯浓度越来越高；在总风量不变的情况下随着运巷和风巷配风比的增大，尾巷内瓦斯浓度逐渐升高。这主要是由于随着运巷与风巷的配风比增大，工作面往采空区的漏风量越大，漏风进入采空区后又流入尾巷时带出的瓦斯也越大。

2.5 运巷和风巷不同配风比工作面等地瓦斯浓度现场测试

为了更准确的掌握运巷和风巷不同配风比情况下工作面等地瓦斯浓度情况，课题组于6月1号至7月30号期间不断调整了运巷和风巷风量，测试不同配风比情况下工作面上隅角、工作面中间和尾巷的瓦斯浓度，测试数据如图7所示。

图7 不同配风比时上隅角、工作面和尾巷瓦斯浓度变化

由图7可知，现场测试的运巷和风巷不同配风比情况下上隅角、工作面和尾巷瓦斯浓度变化规律与数值模拟结果一致，均是运巷和风巷不同配风比越大，尾巷和上隅角瓦斯浓度越高，工作面瓦斯浓度越低。

2.6 运巷和风巷合适配风比确定

由数值模拟和现场测试结果可以看出，运巷和风巷配风比的变化，不仅可以改变工作面两端压差，影响工作面向采空区的漏风量，还对采空区流场、采空区瓦斯分布及工作面、上隅角、尾巷内瓦斯浓度都有影响。运巷和风巷配风比越大，即运巷风量越大，流经工作面的风量也越大，工作面两端压差也越大，工作面向采空区漏风量也越大，但总体流经工作面的风量还是会增加，这使得工作面瓦斯浓度会降低；但同时由于风巷风量的减少，对上隅角处涡流区吹散的动力变小，稀释瓦斯浓度效果减弱，造成上隅角瓦斯浓度升高；工作面向采空区漏风量的增加会导致采空区向尾巷内涌出瓦斯量增加，这造成尾巷内瓦斯浓度也不断升高。

经过现场不断测试分析，确定运巷和风巷合适配风比为3:1，此时工作面瓦斯浓度为0.4%、上隅角瓦斯浓度为0.68%、尾巷瓦斯浓度为1.2%，均符合《规程》要求。

3 小结

(1)数值分析了运巷和风巷不同配风比情况下采空区流场分布、采空区瓦斯分布规律及工作面、上隅角、尾巷瓦斯浓度变化规律。研究表明：运巷和风巷配风比越大，即运巷风量越大，流经工作面的风量也越大，工作面两端压差也越大，工作面向采空区漏风量也越大，工作面瓦斯浓度会降低；但同时由于风巷风量的减少，对上隅角处涡流区吹散的动力变小，稀释瓦斯浓度效果减弱，造成上隅角瓦斯浓度升高；工作面向采空区漏风量的增加会导致采空区向尾巷内涌出瓦斯量增加，这造成尾巷内瓦斯浓度也不断升高。

(2)现场测试了不同配风比情况下工作面上隅角、工作面中间和尾巷的瓦斯浓度，测试结果与数值模拟结果一致，均是运巷和风巷不同配风比越大，尾巷和上隅角瓦斯浓度越高，工作面瓦斯浓度越低。

(3)结合数值模拟结果及现场测试结果综合分析确定了运巷和风巷合适配风比为3:1。

参考文献：

[1] 郁亚楠,秦汝祥,催岩. “Y”型通风采空区漏风场和瓦斯流场数值模拟[J]. 煤矿安全,2013,2:25-28.

[2] 杨明,高建良,冯普金. U型和Y型通风采空区瓦斯分布数值模拟[J]. 安全与环境学报,2012,12(5):227-230.

[3] 丁伟龙,赵亚光. 并列双U形通风系统配风比的模拟研究[J]. 煤炭技术,2015,34(8):205-208.

[4] 杨晓红,马步才,樊少武. 沿空留巷Y型通风瓦斯治理效果分析[J]. 煤炭科学技术,2011,39(7):46-48.

[5] 何磊,杨胜强,孙祺等. Y型通风下采空区瓦斯运移规律及治理研究[J]. 中国安全生产科学技术,2011,7(2):50-54.