低瓦斯礦井綜放工作面瓦斯治理研究實(shí)踐

秦曉閏

（晉能集團(tuán)臨汾有限公司， 山西 臨汾 041000）

隨著采掘機(jī)械化水平的提高，煤礦開(kāi)采強(qiáng)度和生產(chǎn)能力不斷增加，尤其是綜采放頂煤技術(shù)的應(yīng)用，促使工作面單產(chǎn)水平有了質(zhì)的提升，實(shí)現(xiàn)了煤礦工作面高產(chǎn)高效的目標(biāo)，同時(shí)，采用綜放技術(shù)進(jìn)行回采也帶來(lái)了一些不利影響，如造成了煤層瓦斯涌出量大幅度提升，給工作面瓦斯管理帶來(lái)難題[1-4]。山西某礦為低瓦斯礦井，工作面瓦斯相對(duì)涌出量為3 m3/t，絕對(duì)涌出量為12 m3/min，但對(duì)于U型通風(fēng)綜放工作面而言，工作面瓦斯向回風(fēng)巷方向瓦斯逐漸增大，容易造成工作面上部分瓦斯?jié)舛绕?，而上隅角作為采空區(qū)瓦斯泄漏點(diǎn)極易造成瓦斯在此積聚，若采取措施不當(dāng)容易造成瓦斯超限，給工作面的安全生產(chǎn)帶來(lái)不利影響。為了提升工作面安全水平，降低瓦斯事故率，決定以3302綜放工作面為例進(jìn)行瓦斯治理研究。

1 工作面概況

3302工作面位于礦井3采區(qū)北部，所采煤層山西組3號(hào)煤層，煤層埋深140～300 m，平均為261 m，煤層厚6.3～7.1 m，平均為6.6 m，煤層傾角為4°～11°，平均為5.5°，煤層賦存相對(duì)穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)單一，為穩(wěn)定可采厚煤層。工作面采煤方法為綜采放頂煤，割煤高度為3.0 m，采放比為1∶1.2，頂板管理方式為全部垮落法。工作面設(shè)計(jì)可采走向長(zhǎng)度為1531 m，傾斜長(zhǎng)度為200 m，設(shè)計(jì)回采率為95%。工作面采場(chǎng)布置ZZP4800-17/33型低位放頂煤液壓支架184臺(tái)，MG400/930-WD型采煤機(jī)一臺(tái)，SGZ800/750型前部運(yùn)輸機(jī)和SGZ830/800型后部運(yùn)輸機(jī)各一部。工作面原設(shè)計(jì)通風(fēng)方式為U型“一進(jìn)一回”式，鑒于U型通風(fēng)方式容易造成采空區(qū)及上隅角瓦斯積聚，將3302工作面優(yōu)化設(shè)計(jì)為W型通風(fēng)，工作面實(shí)際配風(fēng)量不低于2000 m3/min，根據(jù)W通風(fēng)方式設(shè)計(jì)3條巷道，分別為33021巷、33022巷和33023巷，其中33021巷和33023巷用于進(jìn)風(fēng)，33023巷用以回風(fēng)，三條巷道均為錨網(wǎng)索聯(lián)合支護(hù)。3301工作面布置方式見(jiàn)下頁(yè)圖1所示。

2 U型通風(fēng)方式分析

以往礦井綜放工作面均采用U型通風(fēng)，U型通風(fēng)由兩條巷道組成，分別用于進(jìn)風(fēng)和回風(fēng)。在U型通風(fēng)工作面回采過(guò)程中，上隅角，工作面附近采空區(qū)易出現(xiàn)瓦斯積聚，對(duì)U型通風(fēng)工作面瓦斯分布進(jìn)行研究可知：正?；夭蓵r(shí)工作面瓦斯在距離底板不同高度其濃度不同，相對(duì)而言，距離底板越高，瓦斯?jié)舛瘸噬仙厔?shì)；工作面采空區(qū)漏風(fēng)中的絕大部分瓦斯可通過(guò)上隅角匯入回風(fēng)巷，這樣造成上隅角瓦斯?jié)舛绕?，而U型通風(fēng)方式的特點(diǎn)造成上隅角風(fēng)流風(fēng)速較低，容易在上隅角形成渦流，致使上隅角一部分瓦斯難以被風(fēng)流稀釋帶走進(jìn)而造成這部分瓦斯在上隅角處積聚，這也是U型通風(fēng)方式下治理上隅角瓦斯的難點(diǎn)所在，實(shí)際測(cè)量工作面上隅角瓦斯一般1%以上，若不采取措施可達(dá)4%以上；鑒于U型通風(fēng)方式風(fēng)流由進(jìn)風(fēng)巷經(jīng)由采面進(jìn)入回風(fēng)巷，風(fēng)流瓦斯?jié)舛戎饾u增大，同時(shí)，采空區(qū)內(nèi)遺煤、采場(chǎng)落煤、底板遺煤等溢出的瓦斯都向工作面涌出，造成工作面距回風(fēng)巷25～40 m范圍內(nèi)瓦斯?jié)舛容^高，偶爾出現(xiàn)瓦斯?jié)舛瘸^(guò)1%，說(shuō)明U型通風(fēng)工作面上隅角瓦斯和工作面距離回風(fēng)巷較近區(qū)域容易造成瓦斯積聚和瓦斯超限。

為了掌握工作面、上隅角及其附近采空區(qū)等處瓦斯情況，在距底板3 m處進(jìn)行了瓦斯?jié)舛葴y(cè)量，具體見(jiàn)圖1和圖2所示。由圖1可知，工作面采場(chǎng)瓦斯?jié)舛炔煽諈^(qū)側(cè)要高于煤墻側(cè)，分析認(rèn)為采空區(qū)瓦斯是工作面瓦斯主要來(lái)源，是造成工作面瓦斯積聚和超限的根本原因；由圖2可知，隨著上隅角瓦斯?jié)舛鹊脑黾?，回風(fēng)巷瓦斯?jié)舛纫搽S著增加，說(shuō)明上隅角瓦斯是回風(fēng)巷瓦斯的重要來(lái)源，將上隅角瓦斯?jié)舛瓤刂圃?%以?xún)?nèi)，可以確?；仫L(fēng)巷瓦斯?jié)舛炔怀^(guò)0.7%，能夠滿(mǎn)足安全生產(chǎn)。由工作面回風(fēng)流瓦斯?jié)舛扔?jì)算工作面瓦斯絕對(duì)涌出量為9.1 m3/min，而礦井工作面瓦斯絕對(duì)涌出量可達(dá)12 m3/min，說(shuō)明采用U型通風(fēng)方式難以滿(mǎn)足瓦斯排放要求。

圖1 工作面及采空區(qū)橫向瓦斯分布

圖2 上隅角和回風(fēng)巷瓦斯?jié)舛汝P(guān)系

3 W型通風(fēng)方式應(yīng)用

采用U型通風(fēng)方式時(shí)，在綜放工作面回采過(guò)程，容易造成瓦斯在上隅角積聚和工作面距回風(fēng)巷較近區(qū)域瓦斯?jié)舛绕?，處理不?dāng)易引起瓦斯超限，影響工作面安全回采。鑒于此，在進(jìn)行3302工作面通風(fēng)方式設(shè)計(jì)時(shí)，采用W型通風(fēng)方式代替原U型通風(fēng)方式，通過(guò)W型通風(fēng)方式的應(yīng)用，由“一進(jìn)一回”式改為“兩進(jìn)一回”式，即33021巷和33023巷進(jìn)風(fēng)、33022巷回風(fēng)，工作面33023巷下行風(fēng)可有效帶走工作面上隅角積聚的瓦斯，促使上隅角瓦斯?jié)舛燃眲〗档?，測(cè)量結(jié)果顯示采用W型通風(fēng)后，3302工作面上隅角瓦斯?jié)舛纫话惚３衷?.08%左右，有效的保障了工作面的安全生產(chǎn)。同時(shí)，采用W型通風(fēng)方式也可有效的解決臨近工作面采空區(qū)向3302工作面上隅角涌出的問(wèn)題，同時(shí)33023巷作為進(jìn)風(fēng)巷，風(fēng)壓相對(duì)較高，可有效預(yù)防工作面采空區(qū)瓦斯涌出，可有效降低回風(fēng)流中瓦斯?jié)舛?。另外，采用W型通風(fēng)方式，通過(guò)將上段巷道改為進(jìn)風(fēng)流，有效的降低了巷道和工作面溫度，風(fēng)流與運(yùn)煤方向一致還起到有效抑塵作用，大幅度降低了33023巷煤塵濃度。現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量可知，相比于U型通風(fēng)綜放工作面，上段33023巷道溫度可降低3°左右，煤塵濃度可降低45%以上，有效的改善了職工作業(yè)環(huán)境，經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益顯著。3302工作面W型通風(fēng)方式見(jiàn)圖3所示。

圖3 3302工作面W通風(fēng)方式示意

在風(fēng)量相當(dāng)?shù)那闆r下，W型通風(fēng)方式上下風(fēng)道風(fēng)量較小，其通風(fēng)阻力僅為U型通風(fēng)方式的25%，拱風(fēng)能力是U型通風(fēng)的2倍，治理瓦斯效果較好。為了保證兩條進(jìn)風(fēng)巷風(fēng)量需求，在實(shí)際中配送風(fēng)量為2000m3/min，相比于U型通風(fēng)方式提高了近700 m3/min，可見(jiàn)采用W通風(fēng)方式所需風(fēng)量要遠(yuǎn)超過(guò)U型通風(fēng)方式。另外，在上下風(fēng)流匯聚處容易形成渦流，造成兩股風(fēng)流交匯處瓦斯?jié)舛群龈吆龅?，甚至造成瓦斯在該處積聚，會(huì)嚴(yán)重影響安全生產(chǎn)。為了確保上下風(fēng)流匯集處的瓦斯?jié)舛确弦螅?302工作面采用了吊掛風(fēng)障和使用水射流風(fēng)機(jī)來(lái)解決風(fēng)流交匯處瓦斯問(wèn)題。水射流風(fēng)機(jī)其原理是高壓水通過(guò)噴嘴形成旋轉(zhuǎn)霧化射流，霧化射流與空氣進(jìn)行動(dòng)能交換，空氣在射流的卷吸作用下前進(jìn)形成風(fēng)流，并產(chǎn)生負(fù)壓，將附近空氣吸入風(fēng)機(jī)[5]。在利用水射流風(fēng)機(jī)治理瓦斯時(shí)將風(fēng)機(jī)吸風(fēng)口布置在上下風(fēng)流匯集處瓦斯?jié)舛容^高的地方，出風(fēng)口布置在回風(fēng)流中，出風(fēng)口要求周?chē)鸁o(wú)電氣設(shè)備，周?chē)〞?，這樣可將含有瓦斯的空氣排放到回風(fēng)流中，避免了瓦斯在上下風(fēng)流匯集處出現(xiàn)積聚。3302工作面通過(guò)水射流風(fēng)機(jī)使用后，上下風(fēng)流匯集處瓦斯?jié)舛仁冀K穩(wěn)定在0.04%左右，杜絕了瓦斯超限現(xiàn)象，且水射流風(fēng)機(jī)質(zhì)量較小，可隨著工作面推進(jìn)不斷前移，實(shí)用性較好。

4 結(jié)語(yǔ)

U型通風(fēng)方式的通風(fēng)特點(diǎn)決定了隨風(fēng)流方向瓦斯?jié)舛戎饾u增高，且上隅角處于負(fù)壓最低點(diǎn)，風(fēng)流容易在此形成渦流，引起上隅角瓦斯不易排出在此積聚，不利于工作面安全高效回采。W型通風(fēng)方式通過(guò)上下兩風(fēng)道進(jìn)風(fēng)，造成上隅角消失，避免了瓦斯在工作面上部積聚和超限，同時(shí)，通過(guò)W通風(fēng)還起到了降溫降塵作用，改善了工作面作業(yè)環(huán)境，鑒于兩風(fēng)流交匯處容易形成渦流，提出采用水射流風(fēng)機(jī)來(lái)治理風(fēng)流匯集處瓦斯，治理效果較好。