貴州小型煤礦回采工作面局部瓦斯治理簡易方法

高立森 馬衛(wèi)東

摘 ?要：隨著貴州小型煤礦開采規(guī)模、開采強(qiáng)度、開采深度的加大以及壁式采煤的推廣應(yīng)用，回采工作面上隅角瓦斯超限的問題日益突出。為此作者根據(jù)工作面上隅角附近及采空區(qū)氣體流動(dòng)規(guī)律、利用采空區(qū)瓦斯空氣混合氣體與井下回采工作面回風(fēng)風(fēng)流這兩個(gè)區(qū)域兩種氣體不同組份、不同溫度導(dǎo)致密度差別形成工作面回風(fēng)流和采空區(qū)抽采管內(nèi)到地面空氣柱壓差，使用專用管道排放采空區(qū)瓦斯達(dá)到治理回采工作面上隅角局部瓦斯。

關(guān)鍵詞：貴州小型煤礦;瓦斯治理;簡易方法

1 貴州小型煤礦推廣壁式開采的情況

畢節(jié)地區(qū)除急傾斜煤層和少數(shù)其它受地質(zhì)構(gòu)造影響煤層外，均采用了壁式開采?；夭晒に嚱^大部分是炮采、少部分手鎬挖，采高在2m左右;采面絕對瓦斯涌出量一般在1～4m3/min，采面配風(fēng)200～600m3/min，采面回風(fēng)的風(fēng)流瓦斯一般都不超過《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定的1.0%，但是當(dāng)回采工作面的絕對瓦斯涌出量超過3m3/min、工作面的配風(fēng)在400m3/min左右時(shí)、采面上隅角局部瓦斯就會(huì)超過《規(guī)程》2.0%的規(guī)定。這不僅制約生產(chǎn)，而且容易引起瓦斯事故。解決上隅角局部瓦斯超限措施：1） 加大工作面配風(fēng)量;2）掛擋風(fēng)簾;3）負(fù)壓風(fēng)筒將高濃度瓦斯排到總回風(fēng)巷;4）抽出采空區(qū)瓦斯。

貴州小型煤礦主要是采用加大采面的配風(fēng)量、掛擋風(fēng)簾及用負(fù)壓風(fēng)筒將瓦斯引排到總回風(fēng)。增加風(fēng)量必然增大主扇功率，增加防塵工作難度且使井下系統(tǒng)負(fù)壓增加拔出采空區(qū)和煤體的瓦斯導(dǎo)致治理難度加大。采用負(fù)壓管將局部高濃度瓦斯引到總回風(fēng)給總回瓦斯管理增加難度。采用掛擋風(fēng)簾將導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定使局部瓦斯超限。當(dāng)然最好的方法是采用抽采系統(tǒng)將瓦斯抽出地面，但是由于貴州小型煤礦安全管理的嚴(yán)重滯后、供電系統(tǒng)的不穩(wěn)定使這種先進(jìn)的瓦斯治理的方法的優(yōu)越性得不到充分發(fā)揮、局部瓦斯的治理關(guān)鍵是改變瓦斯的流向并把積聚的瓦斯帶走，這種方法就貴州小型煤礦目前的特殊情況（供電的不穩(wěn)定及管理滯后）而言、在穩(wěn)定性上是不穩(wěn)定的、在經(jīng)濟(jì)上講也是不經(jīng)濟(jì)的。

鑒于以上幾個(gè)方面的原因，作者根據(jù)采面中上部空氣流動(dòng)規(guī)律、氣體組份及溫度對氣體密度的影響，利用兩種不同組份空氣密度差形成的空氣柱壓差治理采煤工作面上隅角局部瓦斯。

2 利用空氣柱壓差治理工作面上隅角瓦斯的系統(tǒng)設(shè)計(jì)與理論依據(jù)

2.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)設(shè)計(jì)很簡單。在工作面回采之前，從地面鋪一趟抽采管路到回采工作面的上隅角，在回采區(qū)段每隔一定的距離預(yù)留帶法藍(lán)盤的三通，工作面回采之前在上隅角加帶孔的7字型立竿，在工作面推到三通之前提前加旁側(cè)抽采管以保證在過三通時(shí)抽出高濃度瓦斯，整過回采期間的瓦斯抽采管路不回收。在管路出現(xiàn)負(fù)坡轉(zhuǎn)為正坡的地點(diǎn)加放水器。

2.2 抽采原理

地面空氣按體積主要有氮?dú)夂脱鯕鈨煞N氣體組成，分別占78.03%和20.93%，隨著空氣流經(jīng)井下巷道及工作面空氣中氧氣的濃度降低、一氧化碳、二氧化碳、甲烷等有害有毒氣體的濃度增加，但《規(guī)程》規(guī)定回采工作面及其回風(fēng)流氣體濃度不超過1.0%;工作面上隅角隨著距離增大瓦斯?jié)舛壬哐鯕饧暗獨(dú)鉂舛认陆挡殡S溫度升高。由于同等條件下甲烷、氧氣、氮?dú)鈱諝獗确謩e為0.554、1.11和0.97。因此當(dāng)采空區(qū)瓦斯?jié)舛壬摺⒌獨(dú)夂脱鯕鉂舛冉档蜁r(shí)，采空區(qū)的瓦斯空氣混合氣體的密度就降低，這是造成井下風(fēng)流空氣密度大于采空區(qū)瓦斯空氣混合氣體密度的主要原因。

由理想氣體狀態(tài)方程（PV/T=PM/（RT）=P/（RT）=常數(shù)可知，溫度的升高在等壓過程引起氣體容重的減小，上隅角附近采空區(qū)氣體的比重小于回采工作面及回風(fēng)的風(fēng)流空氣密度。離開上隅角到采空區(qū)以里上部一定的距離氣體的流動(dòng)速度基本為零可視為該處氣體只受位壓作用而不受速壓影響。那么在該處設(shè)置的抽采管管口氣體受到的工作面回風(fēng)流和瓦斯抽采管內(nèi)氣體形成的空氣柱壓差F滿足公式：

就畢節(jié)地區(qū)而言、回采工作面出現(xiàn)上隅角局部瓦斯超限的煤礦開采深度井口往下在250m以上。如果采用這種方法抽采采空區(qū)瓦斯，抽采管進(jìn)氣氣體所所受壓差F為：

F>=3.332*H=3.332*250=833（Pa）=833/（9.8）=85（mmH2O）

由上計(jì)算可知采用壓差處理回采工作面上隅角局部瓦斯技術(shù)上是可行的、且隨著開采深度的加大更有利于瓦斯抽采;處理密閉前瓦斯積聚也是沒有問題。

3 使用該方法須注意的幾個(gè)問題

1） 管路的管徑問題。由于管徑的大小直接關(guān)系到整個(gè)抽采系統(tǒng)的抽采量，必須根據(jù)瓦斯涌出量綜合考慮并留有余地。

2） 整個(gè)抽采系統(tǒng)必須在采面回采之前安設(shè)完畢。留設(shè)三通的距離視具體情況而定、距離過近抽采濃度上不來，距離過長又解決不了上隅角瓦斯。過三通之前必須先加旁側(cè)管，保證過三通時(shí)抽出高濃度瓦斯。

3） 必須制定專門加三通和處理瓦斯管路的措施，防止加三通時(shí)印起瓦斯事故，處理瓦斯管時(shí)管內(nèi)瓦斯在主扇負(fù)壓作用下進(jìn)入回風(fēng)流中。

4） 由于采空區(qū)的氣體溫度高于回風(fēng)流氣體，導(dǎo)致管路中的低洼點(diǎn)經(jīng)常積水，必須設(shè)專人放水。

5） 地面排空管遠(yuǎn)離民宅及其它建筑50m以上。

6） 控制采面的風(fēng)速不要超過《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定，風(fēng)速過大影響抽采濃度。

7） 煤層有自燃發(fā)火起傾向的礦井不能使用。

4 應(yīng)用效果

該方法已在兩個(gè)貴州小型煤礦成功應(yīng)用，抽出的瓦斯?jié)舛仍?.0%～11.0%，抽出量在3～5m3/min，抽采系統(tǒng)的進(jìn)排氣口高差分別為197m和303m，采用該抽采方法未出現(xiàn)過瓦斯超限。

參考文獻(xiàn)

[1] 吳志羲、汪景武等. 煤礦礦井采礦設(shè)計(jì)手冊. 北京：煤炭工業(yè)出版社，1986.

[2] 葉青、范維唐等. 總工程師工作指南. 北京：煤炭工業(yè)出版社，1990.