綜放工作面瓦斯治理技術(shù)措施

1 工作面概況 1.1 地質(zhì)及開采技術(shù)條件 漳村煤礦是一座生產(chǎn)能力為300萬t/a的現(xiàn)代化礦井，礦井開采二疊統(tǒng)山西組下部的3#煤層，煤層賦存穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，為一單斜構(gòu)造，煤層厚度為6.30~7.0 m。煤層傾角0?~18?，大部分地段<8?。煤層埋藏深度為136~300 m。 礦井屬于低瓦斯礦井，瓦斯相對(duì)涌出量3 m³/t，絕對(duì)涌出量12 m3/min。煤層無自然發(fā)火現(xiàn)象。煤塵具有爆炸性，爆炸指數(shù)20.41%。礦井水文地質(zhì)條件比較簡(jiǎn)單，主要水源來自頂板含水層，富水性較弱，工作面正常涌水量30~60 m³/h。 工作面傾斜長(zhǎng)1 500 m左右，走向長(zhǎng)200 m左右，工作面回采率93%，全部采用綜采放頂煤一次采全高。頂板管理方法是全部垮落法。工作面運(yùn)輸巷和回風(fēng)巷均采用錨網(wǎng)支護(hù)，運(yùn)輸巷斷面4.2 m×3.2 m，回風(fēng)巷斷面3.6 m×3.3 m。 1.2 主要裝備和回采工藝流程 工作面的主要設(shè)備配套為：MGTY250/600-1.1D型采煤機(jī)、ZZP4800-17/33型低位放頂煤液壓支架，前部運(yùn)輸機(jī)為SGZ764/630型，后部運(yùn)輸機(jī)為SGZ830/800型。 工作面回采工藝流程：機(jī)組割煤→跟機(jī)移架→放煤/推前溜→清浮煤。 工作面采用順序單輪逐架放煤法，一刀一放，放煤步距0.8 m。工作面作業(yè)方式"三八制"，兩班生產(chǎn)，一班檢修。 1.3 工作面通風(fēng)方式及配風(fēng)量 最初工作面通風(fēng)方式為U型，工作面上隅角和采空區(qū)瓦斯經(jīng)常嚴(yán)重超限，威脅工作面正常生產(chǎn)。后來工作面通風(fēng)方式改用W型，上隅角局部瓦斯聚積地點(diǎn)采用無火花型鋁合金水力局部通風(fēng)機(jī)。工作面配風(fēng)量按《潞安環(huán)保能源股份有限公司"一通三防"管理規(guī)定》，經(jīng)計(jì)算不小于800 m³/min。 2 U型通風(fēng)方式綜放工作面瓦斯分布特征 U型通風(fēng)方式，即由一條進(jìn)風(fēng)巷，一條回風(fēng)巷和工作面構(gòu)成。開采過程中，上隅角、工作面靠近回風(fēng)道較長(zhǎng)一段及工作面附近的采空區(qū)經(jīng)常性瓦斯嚴(yán)重超限，工作面無法進(jìn)行正常生產(chǎn)。 漳村礦曾對(duì)綜放工作面瓦斯分布特征作過詳細(xì)觀測(cè)，在正常回采時(shí)工作面瓦斯沿工作面方向在不同高度上，濃度是有一些差別的，距底板越高瓦斯?jié)舛仍狡?，工作面上隅角瓦斯最高濃度?.5%，沿工作面方向距回風(fēng)巷30~40 m大范圍瓦斯超限，工作面附近的采空區(qū)瓦斯也大落圍超限。 圖1為U型通風(fēng)工作面及其附近采空區(qū)橫向瓦斯?jié)舛确植嫉膶?shí)測(cè)結(jié)果（距底板3.0 m高）。由圖1可以看出，工作面靠近采空區(qū)側(cè)瓦斯?jié)舛让黠@高于煤壁側(cè)。采空區(qū)的瓦斯聚積是造成工作面瓦斯聚積的根源。 圖2為工作面上隅角與回風(fēng)巷瓦斯?jié)舛冉y(tǒng)計(jì)關(guān)系曲線，由圖2可以看出，上隅角瓦斯?jié)舛让黠@高于回風(fēng)巷，當(dāng)回風(fēng)巷瓦斯?jié)舛葹?.7%時(shí)，上隅角瓦斯即達(dá)到超限濃度1.0%，根據(jù)回風(fēng)巷風(fēng)量可以計(jì)算出工作面瓦斯絕對(duì)涌出量Q=800×0.7%=5.6 m³/min。
圖1 工作面及采空區(qū)橫向瓦斯分布情況
圖2 工作面上隅角瓦斯與回風(fēng)巷瓦斯?jié)舛汝P(guān)系曲線 由此可以得出這種U型通風(fēng)方式適合瓦斯絕對(duì)涌出量<5.6 m³/min的煤層條件，而漳村煤礦綜放工作面在正?；夭蓵r(shí)瓦斯絕對(duì)涌出量為12 m³/min（相對(duì)涌出理3 m³/t），說明U型通風(fēng)方式不適合現(xiàn)有的回采工藝及開采強(qiáng)度的要求。 3 影響瓦斯?jié)舛榷虝r(shí)增高的其它因素 工作面瓦斯絕對(duì)涌出量與回采工藝、開采強(qiáng)度密切相關(guān)，影響綜放工作面瓦斯?jié)舛榷虝r(shí)增高有以下因素： （1）一般情況下，工作面初次來壓和周期來壓時(shí)，由于老頂大面積冒落，把采空區(qū)瓦斯短時(shí)擠入工作面； 9 7 3 1 2 3 4 8 : 來源：湖北安全生產(chǎn)信息網(wǎng)

（2）放煤口超過3個(gè)時(shí)（"作業(yè)規(guī)程"規(guī)定2個(gè)），瓦斯?jié)舛让黠@增大，所以要嚴(yán)格按作業(yè)規(guī)程操作； （3）工作面片幫、冒頂時(shí)也會(huì)導(dǎo)致工作面瓦斯?jié)舛榷虝r(shí)增高； （4）割煤速度突然增大，會(huì)導(dǎo)致采煤機(jī)附近瓦斯?jié)舛仍龃笊踔脸?，所以要?yán)格按"作業(yè)規(guī)程"操作。 4 結(jié)合治理技術(shù)措施 4.1 變U型通風(fēng)方式為W型通風(fēng)方式 根據(jù)以上的觀測(cè)結(jié)果，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析論證，選擇在工作面靠近回風(fēng)巷側(cè)沿頂板開設(shè)1條排放瓦斯巷方案。把工作面通風(fēng)方式變?yōu)閃型。瓦斯巷斷面2.8 m×3.2 m，錨網(wǎng)支護(hù)。瓦斯巷供風(fēng)量≥200 m3/min，瓦斯巷瓦斯?jié)舛瓤刂圃?.5%以下。通過實(shí)測(cè)（關(guān)閉水力風(fēng)機(jī)測(cè)量），工作面上風(fēng)巷瓦斯聚積范圍明顯變小，由原來的30~40 m變?yōu)? m以內(nèi)，而且瓦斯?jié)舛认陆盗?.5%，說明瓦斯巷作用是明顯的。 4.2 上隅角增設(shè)強(qiáng)力抽排設(shè)備 經(jīng)調(diào)研得知，能夠抽排高濃度瓦斯的設(shè)備有2種，一種是"無火花型"鋁合金水力局部通風(fēng)機(jī)，另一種是水力引射器。用水力引射器抽排上隅角瓦斯，因其風(fēng)量和風(fēng)壓較小，使上隅角瓦斯?jié)舛葧r(shí)有超限現(xiàn)象。后來改用"無火花型"鋁合金水局部通風(fēng)機(jī)抽排上隅角瓦斯，效果良好，基本杜絕了上隅角瓦斯超限現(xiàn)象。 4.2.1 水力局部通風(fēng)機(jī)的工作原理及結(jié)構(gòu)形式 水力部通風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)采用水輪機(jī)原理，即壓力水通過噴嘴、沿著切線方向射向水輪機(jī)的水斗上，使水輪盤旋轉(zhuǎn)并帶動(dòng)同軸另一端的軸流式葉輪旋轉(zhuǎn)，并產(chǎn)生負(fù)壓，形成風(fēng)流。 水力局部通風(fēng)機(jī)的結(jié)構(gòu)很簡(jiǎn)單，就是將電動(dòng)局部通風(fēng)機(jī)的電機(jī)去掉，改裝成水輪機(jī)驅(qū)動(dòng)，即在同一轉(zhuǎn)軸上，一端安裝水輪盤，另一端裝有高效率葉輪。主軸、水輪盤及水斗是采用合金鋼材料制造，葉輪和外殼采用無火化鋁合金材料制造。其結(jié)構(gòu)形詳見圖3。
圖3 水力局部通風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)原理圖 4.2.2 水力局部通風(fēng)機(jī)的技術(shù)行參數(shù) 水力局部通風(fēng)機(jī)的技術(shù)參數(shù)見表1。 表1 水力局部通風(fēng)機(jī)技術(shù)參數(shù)

名稱 參數(shù)值 風(fēng)量/m³•min^-1 200~500 全風(fēng)壓/Pa 300~1 200 全壓效率/% 45~25 轉(zhuǎn)速/r•min^-1 2 300~2 500 工作水壓/MPa 3.0~10.0 耗水量/m³•h^-1 13~18 外形尺寸/mm Φ670×1 000 重量（包括接口）/kg 120 配用風(fēng)筒/mm Φ600（或Φ500）

4.2.3 水力局部通風(fēng)機(jī)的安裝和使用 水力局部通風(fēng)機(jī)即可接正壓風(fēng)筒，也可接負(fù)壓風(fēng)筒，現(xiàn)場(chǎng)可根據(jù)實(shí)際情況連接，水力局部通風(fēng)機(jī)在漳村煤礦綜放工作面安裝方式如圖4所示。風(fēng)機(jī)的吸風(fēng)口放置在上隅角瓦斯?jié)舛茸罡叩牡攸c(diǎn)，出風(fēng)口設(shè)置在超前支護(hù)范圍之前，要求出風(fēng)口周圍風(fēng)流通暢，無電氣設(shè)備，出口周圍1.5 m范圍設(shè)置警戒。
圖4 水力局部通風(fēng)機(jī)抽排綜放工作面上隅角瓦斯 水力局部通風(fēng)機(jī)使用過程中經(jīng)實(shí)測(cè)，風(fēng)筒內(nèi)瓦斯?jié)舛葹?%~5%。風(fēng)機(jī)是由鋁合金制造，重量輕，隨工作面前進(jìn)，移動(dòng)方便。 5 結(jié)論 9 7 3 1 2 3 4 8 : 來源：湖北安全生產(chǎn)信息網(wǎng)

（1）工作面U型通風(fēng)方式適合瓦斯絕對(duì)涌出量<5.6 m³/min的煤層條件。而漳村煤礦綜放工作面在正常回采時(shí)瓦斯絕對(duì)涌出量12 m³/min，因此U型通風(fēng)方式不適合現(xiàn)有的回采工藝及開采強(qiáng)度。 （2）工作面改W型通風(fēng)方式，適合漳村煤礦綜放工作面開采。 （3）水力局部通風(fēng)機(jī)適合用于漳村煤礦綜放工作面抽排上隅角高濃度瓦斯。9 7 3 1 2 3 4 8 : 來源：湖北安全生產(chǎn)信息網(wǎng)

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