麻家梁矿近距离煤层开采工作面漏风规律研究

李永刚，张晓军

（沁水县鑫海能源有限责任公司，山西 晋城048205）

1 工程概况

麻家梁矿开采煤层为4#、5#、6#、7上#、7下#与9#煤层，各煤层间距较小，为近距离煤层开采，其中，4#煤层为首采煤层，4#煤层与5#煤层层间距为5m，煤层回采期间，工作面漏风方式复杂，14201 工作面位于麻家梁矿井田中部，回采4#煤、煤层自燃倾向性等级为Ⅱ级，属自燃煤层，14201 工作面为放顶煤工作面，采放比为1：2.25，倾角1～3°，平均厚度为8.62m，该工作面回采期间，采空区漏风通道多，漏风方式复杂、漏风规律难以掌握、煤层自燃威胁较大。

2 近距离煤层开采漏风影响因素

2.1 地表裂隙

近距离煤层时受工作面重复采动影响，本煤层漏风、层间漏风与地表漏风相互作用，漏风通道复杂，其中，纵向裂隙是水、气体进入采空区的主要通道，即“导水、导气”裂隙带，此裂隙带主要在煤层上覆岩层区域发育，是近距离煤层开采的主要因素，其主要原因为工作面切眼、液压支架后方、顺槽采空侧附近在保护煤柱、液压支架的承压下，上覆岩层区域裂隙未出现明显的受压，断裂，裂隙得以充分发育，而位于采空区内的裂隙，在上覆围岩重力的作用下，裂隙被挤压充实，对采空区漏风影响较小[1-2]。麻家梁矿上煤层开采期间，随工作面的推进，地表裂隙的表现形式主要为以下几点：

1）地表裂隙受工作面采动与埋深的影响，裂隙主要表现为塌陷型。

2） 沿工作面走向位置，地表裂隙的间距在10～15m 之间，其中，位于工作面切眼与停采线位置处的裂隙发育程度高，赋存相对密集。

3）地表裂隙的分布状况呈倒“C”型，裂隙剖面为楔形。

4）地表裂隙多在超前工作面一定的距离区域内发育，其中，大部分裂隙能够随工作面的推进形成挤压，逐渐充实直至消失，而在边界位置处多呈现为永久裂隙。

2.2 裂隙发育程度

近距离煤层开采过程中，由于煤层层间距较近，裂隙在层间高度发育，大量研究表明，若裂隙发育程度较高，工作面漏风风阻会相对降低[3]，通风阻力与漏风风量的关系如公式（1）所示。

式中：hf为通风阻力，Pa；α为摩擦阻力系数，kg/m3；Q为工作面漏风量m3/min；L、u、S分别为漏风通道的长度（m）、断面周长（m）与横截面积（m2）。

由通风阻力公式能够看出，在工作面漏风侧两端的压力差维持平衡的情况下，裂隙的通风阻力与漏风量呈反相关的关系，即裂隙通风阻力越小，其工作面漏风量越大，随着深部煤层的开采，采空区漏风量呈现出逐渐递增的趋势[4]。

2.3 漏风压差

漏风压差是影响漏风量的重要因素，工作面漏风侧两端的风路压差与漏风量呈正相关[5]，矿井采用全正压通风时，漏风方式视自然风压与矿井通风压力大小决定，当自然风压小于矿井通风压力时，漏风方式为采空区向地表裂隙进风；当自然风压大于矿井通风压力时，漏风方式为地表裂隙向采空区进风。麻家梁矿采用全负压通风方式，同自然风压的作用原理相同，其采空区主要漏风方式为地表裂隙进风，因此，降低工作面漏风侧两端压差，可有效降低地表向采空区的漏风量。

3 近距离煤层开采漏风规律

3.1 工作面测点布置

为考察14201 工作面漏风情况，在工作面布置6 个测点对风量进行测定，测点编号为1#-6#，测点间距为50m，其中，1#测点位于14201 辅运顺槽超前工作面15m 的位置处，6#测点位于14201 胶带顺槽超前工作面10m 的位置处，2#-5#测点分别位于工作面距辅运顺槽50、100、150m 与200m 位置处，14201 工作面测点布置示意如图1 所示。

图1 14201 工作面测点布置示意图

3.2 工作面漏风测定结果

对14201 综放工作面各测点共进行了8 月10日至8 月12 日为期3 天的风量测定，测定得到的数据见表1～表3，14201 工作面各测点实际通风量与区域漏风量曲线如图2、图3 所示。

表1 14201 工作面8 月10 日风量测定数据表

表2 14201 工作面8 月11 日风量测定数据表

表3 14201 工作面8 月12 日风量测定数据表

图2 14201 工作面各测点实际通风量曲线图

图3 14201 工作面各测点区域漏风量量曲线图

由图2、图3 分析可得出：14201 综放工作面在不同区域的漏风量与通风量是不同的，区域通风量随工作面风流的流向逐渐降低，通风量在距离胶带顺槽50～75m 的区域范围内降至最低，最小值约为850m3/min，通风量在两顺槽的区域内达到最大，最大值约为1 300m3/min；区域漏风量随工作面风流的流向逐渐增加，漏风量在距离胶带顺槽50～75m 的区域范围内达到最大，最大值约为400m3/min，漏风量在两顺槽位置处达到最低，漏风风量接近为0m3/min。根据工作面漏风规律可以确定，距离胶带顺槽50～75m 的范围为工作面煤层氧化升温速度快、自燃危险性较高的区域，该区域为14201 综放工作面的防灭火区域重点。

4 结 语

近距离煤层开采时采空区漏风通道多，漏风方式复杂、漏风规律难以掌握、煤层自燃威胁大等诸多问题，给工作面防灭火治理带来了一定困难，为掌握近距离煤层开采工作面漏风规律，文章对麻家梁矿14201 综放工作面进行漏风量测定，将距离胶带顺槽50～75m 的范围的工作面确定为防灭火重点区域，该研究旨在为矿井防灭火管理提供理论解析，有效提高矿井抗火灾能力。