上官鑫

（長(zhǎng)治經(jīng)坊煤業(yè)有限公司， 山西 長(zhǎng)治 047100）

引言

隨著煤礦生產(chǎn)技術(shù)的提高，煤炭產(chǎn)量逐年增加，煤礦開(kāi)采條件逐漸復(fù)雜，不少工作面出現(xiàn)了瓦斯及有害氣體超限現(xiàn)象。因此有必要加強(qiáng)礦井的瓦斯及有害氣體防治管理，采取有效的瓦斯及有害氣體防治措施為煤礦的安全生產(chǎn)提供安全保障。本文針對(duì)經(jīng)坊煤業(yè)3303工作面上隅角及回風(fēng)巷瓦斯及有害氣體進(jìn)行治理研究。

1 工程背景

經(jīng)坊煤業(yè)3號(hào)煤層3303工作面從開(kāi)切眼開(kāi)始推進(jìn)60m左右時(shí)，出現(xiàn)上隅角瓦斯超限現(xiàn)象，其中工作面上隅角 φ（CH4）為 0.9%、φ（CO2）為 2.2%，回風(fēng)巷O2濃度（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）為15%。

上隅角瓦斯和有害氣體的超限問(wèn)題極大地制約了礦井的安全高效生產(chǎn)，應(yīng)根據(jù)實(shí)際礦井地質(zhì)條件及瓦斯的來(lái)源進(jìn)行及時(shí)治理，采取經(jīng)濟(jì)、合理、有效的方法解決上隅角瓦斯及有害氣體超限問(wèn)題，對(duì)于煤礦的安全高效可持續(xù)性發(fā)展具有重要意義。

2 工作面上隅角有害氣體超限的處理方案

針對(duì)3303工作面開(kāi)切眼推進(jìn)60m后，上隅角出現(xiàn)瓦斯及有害氣體超限的問(wèn)題[1]，通過(guò)分析上隅角瓦斯產(chǎn)生的原因，提出了以下四種處理瓦斯超限的方案。

2.1 設(shè)置采面隅角擋風(fēng)簾

設(shè)置采面上隅角擋風(fēng)簾?？拷仫L(fēng)巷一側(cè)布置不小于10的擋風(fēng)簾，當(dāng)進(jìn)風(fēng)巷內(nèi)的風(fēng)流經(jīng)過(guò)工作面吹到擋風(fēng)簾時(shí)，擋風(fēng)簾起到改變風(fēng)流方向的作用，引到風(fēng)流吹向采煤工作面上隅角，進(jìn)而將上隅角的瓦斯帶走[2]。

當(dāng)工作面正常工作時(shí)，由于材料的運(yùn)輸、行人以及支、回柱的影響，往往會(huì)造成擋風(fēng)簾的破損，進(jìn)而使其失去作用，從而造成工作面瓦斯的急劇增大，影響正常生產(chǎn)。

2.2 尾巷排放瓦斯

新掘進(jìn)一條尾巷，輔助回風(fēng)巷進(jìn)行通風(fēng)。當(dāng)?shù)V井風(fēng)流經(jīng)該工作面時(shí)，會(huì)在上隅角區(qū)域分成兩部分風(fēng)流，一部分流入回風(fēng)順槽，一部分流入尾巷，尾巷隨采隨落[3]。

此方法有較大缺點(diǎn)，主要表現(xiàn)為：增加了巷道掘進(jìn)量，加大了經(jīng)濟(jì)投入；同時(shí)會(huì)引發(fā)采空區(qū)風(fēng)流增大，導(dǎo)致風(fēng)流流經(jīng)采空區(qū)時(shí)，易發(fā)生煤層自燃等現(xiàn)象，故經(jīng)坊煤業(yè)3303工作面不適采用此方法。

2.3 安設(shè)專用抽出式風(fēng)機(jī)

在采煤工作面上隅角處安裝礦用抽出式通風(fēng)機(jī)，其主要原理是：在入風(fēng)口處形成負(fù)壓區(qū)，由于兩側(cè)壓差不同，運(yùn)輸順槽流經(jīng)工作面的主風(fēng)流會(huì)增大，以滿足風(fēng)機(jī)抽出量的要求。此時(shí)，當(dāng)上隅角積聚的瓦斯等有害氣體被稀釋后排入回風(fēng)巷時(shí)，上隅角瓦斯?jié)舛缺ＷC在一個(gè)安全值范圍內(nèi)[4]。

2.4 采用均壓通風(fēng)技術(shù)

經(jīng)坊煤礦3號(hào)煤層工作面有害氣體來(lái)源于3303煤層采空區(qū)和上覆層2號(hào)煤層采空區(qū)，漏風(fēng)通道壓差較大，根據(jù)該礦的實(shí)際情況，結(jié)合調(diào)節(jié)風(fēng)窗和調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)兩種治理瓦斯超限的手段，通過(guò)平衡上隅角兩側(cè)壓差來(lái)解決瓦斯?jié)舛瘸瑯?biāo)問(wèn)題。結(jié)合兩種治理技術(shù)的壓力坡度曲線如下頁(yè)圖1所示。

局部通風(fēng)機(jī)—調(diào)節(jié)風(fēng)窗均壓的工作原理是：在進(jìn)風(fēng)內(nèi)布置調(diào)壓風(fēng)機(jī)，并且調(diào)壓風(fēng)機(jī)的排風(fēng)口兩側(cè)用兩到風(fēng)門隔離，同時(shí)在回風(fēng)巷內(nèi)布置調(diào)節(jié)風(fēng)窗，將需要升壓的位置控制在調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)口處于調(diào)節(jié)風(fēng)窗之間，此時(shí)，開(kāi)動(dòng)調(diào)壓風(fēng)機(jī)，進(jìn)而增大其控制地點(diǎn)的風(fēng)壓，排走工作面集聚的瓦斯[5]。

經(jīng)過(guò)以上分析，結(jié)合經(jīng)坊煤礦實(shí)際及工作面現(xiàn)場(chǎng)情況，擬采用方案四均壓通風(fēng)技術(shù)為排除上隅角瓦斯的方法，一旦采面上隅角出現(xiàn)瓦斯超限，立即采用均壓通風(fēng)，通過(guò)增加工作面氣壓來(lái)平衡上隅角兩側(cè)壓差，及時(shí)檢測(cè)各區(qū)域是否有漏風(fēng)現(xiàn)象，并積極進(jìn)行處理。

圖1 調(diào)節(jié)風(fēng)窗與調(diào)壓風(fēng)機(jī)兩種方式下的壓力坡度線圖

3 均壓通風(fēng)相關(guān)參數(shù)計(jì)算及設(shè)備選型

3.1 工作面風(fēng)量計(jì)算

1）按工作面溫度、風(fēng)速計(jì)算

式中：Qi為第i個(gè)工作面實(shí)際需要的風(fēng)量，m3/min；Vi為第i個(gè)工作面風(fēng)速，m/s（如表1所示，采煤工作面溫度一般在25℃左右所以風(fēng)速取1.5m/s）；Si為第i個(gè)工作面的平均斷面積，m2，估算為6m2；Ki為第i個(gè)工作面面長(zhǎng)調(diào)整系數(shù)，查表取1.1；計(jì)算得594 m3/min，即 9.9m3/s。

表1 采煤工作面空氣溫度與合適風(fēng)速對(duì)應(yīng)表

2）按人數(shù)計(jì)算

式中：Ni為第i個(gè)工作面同時(shí)最多工作人數(shù)，按相關(guān)規(guī)定為20人；則Qi=4×20=80m3/min。

3）按瓦斯涌出量計(jì)算

式中，q為工作面瓦斯絕對(duì)涌出量，m3/min，根據(jù)礦井瓦斯鑒定資料，取3.0m3/min；k1為備用風(fēng)量系數(shù)，取1.5。則 Q＝100×3.0×1.5＝450m3/min＝7.5m3/s。

經(jīng)計(jì)算，按工作面的氣溫和風(fēng)速計(jì)算出的風(fēng)量最大，結(jié)合煤礦生產(chǎn)實(shí)際，參考臨近礦井配風(fēng)數(shù)據(jù)，為保證采空區(qū)不產(chǎn)生大量漏風(fēng)現(xiàn)象，回采工作面風(fēng)量確定為9.9m3/s，礦井實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中可根據(jù)瓦斯涌出和井下氣溫條件進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。

3.2 局部通風(fēng)機(jī)選型

根據(jù)該礦井實(shí)際通風(fēng)情況，同時(shí)考慮密閉墻處刮板輸送機(jī)口及采空區(qū)的漏風(fēng)量，確定局部通風(fēng)機(jī)的吸風(fēng)量必須大于894m3/min，才能滿足工作面通風(fēng)要求。綜上所述，本次研究工作面選用FBDNO-8-2×45 kW對(duì)旋局部通風(fēng)機(jī)。

4 工作面上隅角瓦斯治理效果研究

為進(jìn)一步分析和研究采用調(diào)節(jié)風(fēng)窗與局部通風(fēng)機(jī)聯(lián)合均壓技術(shù)防治3號(hào)層工作面有害氣體的效果、可靠性及穩(wěn)定性，對(duì)均壓系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行了全面測(cè)定，進(jìn)而對(duì)均壓系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性進(jìn)行了分析，得出如下結(jié)論：

啟動(dòng)均壓通風(fēng)系統(tǒng)后，為研究均壓通風(fēng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性，在隨后的24 h內(nèi)，對(duì)上隅角、回風(fēng)流中的CH4、CO2及CO濃度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，采用均壓通風(fēng)技術(shù)后，工作面內(nèi)的風(fēng)壓明顯增大，從而有效地阻止了向工作面漏風(fēng)通道兩側(cè)的壓差，迫使采空區(qū)或漏風(fēng)通道內(nèi)的瓦斯及有害氣體無(wú)法向回采工作面涌出。實(shí)測(cè)結(jié)果表明，采用均壓通風(fēng)技術(shù)，即采用調(diào)節(jié)風(fēng)窗和局部通風(fēng)機(jī)聯(lián)合布置的均壓通風(fēng)技術(shù)可有效降低回采工作面內(nèi)瓦斯及有毒有害氣體的濃度，該技術(shù)具有可操作性。

5 結(jié)論

經(jīng)坊煤礦3號(hào)煤層工作面有害氣體來(lái)源于3號(hào)煤層采空區(qū)和上覆層2號(hào)煤層采空區(qū)，漏風(fēng)通道壓差較大，經(jīng)過(guò)以上分析，結(jié)合經(jīng)坊煤礦實(shí)際及工作面現(xiàn)場(chǎng)情況，確定最優(yōu)的治理工作面上隅角有害氣體的方案為：調(diào)節(jié)風(fēng)窗與局部通風(fēng)機(jī)聯(lián)合使用的均壓通風(fēng)技術(shù)，該方法可提高工作面壓力，平衡上隅角兩側(cè)壓差，進(jìn)而減少采空區(qū)瓦斯向上隅角的涌出。本次設(shè)計(jì)選用面積為0.55 m2的調(diào)節(jié)風(fēng)窗，型號(hào)為FBDNO-8-2×45 kW的對(duì)旋局部通風(fēng)機(jī)。

經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)采用均壓通風(fēng)技術(shù)后，有效降低了回采工作面內(nèi)瓦斯及有毒有害氣體的濃度，證明該技術(shù)具有可操作性，應(yīng)用效果良好。