厚煤层瓦斯抽采系统布局对矿井通风效率的优化效果研究

摘要

厚煤层瓦斯抽采过程中，履带式定向瓦斯抽采钻机施工的厚煤层钻孔、高位钻孔及采空区埋管通过抽采支管汇入抽采主管，经抽采泵进行负压抽采，从而侵占通风断面产生附加摩擦风阻，在管路弯头、变径处会产生局部风阻，二者叠加为总附加风阻。而附加风阻会增大矿井通风阻力，导致主通风机、局部通风机供风不足，难以兼顾通风效率最大化与功率损失最小化，造成瓦斯浓度场梯度波动大，易形成局部瓦斯积聚风险。为此，研究了厚煤层瓦斯抽采系统布局对矿井通风效率的优化效果。基于钻孔密度和巷道断面侵占率计算附加摩擦风阻，并根据管路弯头数量、曲率半径及变径情况确定局部阻力，得到厚煤层瓦斯抽采过程中的总附加风阻；以通风效率最高和附加风阻引起的功率损失最小为双重目标，并约束厚煤层瓦斯抽采系统布局中的安全需风量、通风效率下限、功率损失上限，求解最优布局参数，实现矿井通风效率优化。实验结果表明：所提方法布局后，通风压力响应幅值从1 450 Pa以上降至300～450 Pa，瓦斯浓度场梯度变化量从0.012～0.024 m^-1降至0.003～0.010 m^-1，通风效率由73%提升至84%。该方法为现场调整抽采布局、实现通风与抽采协同优化提供了可量化的设计依据。

关键词

厚煤层瓦斯抽采系统布局 / 矿井通风效率 / 瓦斯抽采流量 / 总附加风阻 / 需风量