移動泵站抽放工作面上隅角瓦斯技術

葛曉波

（陽泉煤業（集團）有限責任公司一礦，山西 陽泉 045008）

陽煤一礦位于山西省陽泉市西北部，為陽煤集團特大型現代化主力礦井。礦井核定生產能力750萬t/a，采用主斜井、副立井等綜合開拓方式，礦井通風方式為分區對角式，通風方法為機械抽出式。礦井絕對瓦斯涌出量241.06m3/min，相對瓦斯涌出量19.51m3/t，屬高瓦斯礦井。礦井主采15#煤，煤層平均厚度6.5m，采煤方法為走向長壁式采煤法，工作面采煤工藝為綜采放頂煤工藝，通風方法為U+I型，工作面布置有內錯尾巷作為專用瓦斯巷，解決工作面上隅角瓦斯積聚問題。

1 問題的提出

內錯尾巷是指在采煤工作面，為了解決工作面瓦斯涌出量大經常造成上隅角瓦斯超限問題而在回風順槽以內15～30m工作面煤層上方設置的一條專用排瓦斯的巷道，該巷道的瓦斯濃度不得超過2.5%。由于專用排瓦斯巷風流穩定性差，且需人員進入高瓦斯聚集區作業，近年來事故頻繁發生，存在較大安全生產隱患。根據新版《煤礦安全規程》規定，自2016年10月1日起取消專用排瓦斯巷。因此，為了解決工作面上隅角瓦斯超限問題，保證工作面高效安全生產，研究新的工作面瓦斯治理技術顯得尤為重要。根據礦井生產實際，研究提出在陽煤一礦81207工作面試驗移動泵站抽放工作面上隅角瓦斯，解決工作面上隅角瓦斯超限問題。

2 試驗方案

2.1 試驗地點情況

81207工作面位于一礦北條帶十二采區，工作面走向長500m，傾向長155m，工作面煤層平均厚度6.5m。工作面共布置四條巷道：一條進風巷，一條回風巷，一條低位抽放巷，一條走向高抽巷，工作面距采區瓦斯移動泵站距離1077m。本工作面煤層賦存穩定，結構復雜，煤層總厚度最大7.40m，最小6.85m，平均煤厚7.11m，煤層中一般含夾石2層，其中上層夾石普遍存在，厚度0～0.15m，平均0.08m。工作面本煤層瓦斯含量為5.23m3/t，瓦斯涌出量3.13m3/t，瓦斯壓力為0.56MPa，煤層透氣性指數0.027m2/MPa2·d；臨近層距開采層最大距離161.83m，含煤13層，臨近層瓦斯含量合計200.23m3/t，瓦斯涌出量合計20.25m3/t。

2.2 工作面瓦斯來源及抽排方式

陽煤一礦工作面瓦斯來源主要為本煤層瓦斯和鄰近層瓦斯。本煤層瓦斯為機組截割落煤后，煤體內游離和部分吸附瓦斯解析進入工作面風流；鄰近層瓦斯為工作面推進過程中，老頂垮落，鄰近層卸壓進入工作面，上部煤層未開采時，鄰近層瓦斯涌出量較大，反之，則較小。81207工作面瓦斯涌出總量為83.67m3/min，走向高抽系統抽放量75.3m3/min，剩余本煤層抽排量為8.37m3/min。工作面開采期間瓦斯主要來源為鄰近層瓦斯涌出，主要依靠地面抽放泵站抽放解決，剩余瓦斯主要靠抽放和風排解決，尤以工作面上隅角瓦斯現通過移動泵站抽放解決。

2.3 移動泵站抽放設計

在采區內施工一座瓦斯移動泵站和一座泵站配電室，同時工作面煤層上方5～8m施工一條低位抽放巷道，在采區移動瓦斯泵站和低位抽采巷道之間鋪設一趟Φ800mm瓦斯管路，將工作面的低位抽放巷密閉并接入抽采系統，將移動泵站排氣管接入采區回風巷，形成完整的抽排系統，通過移動泵站抽排系統治理工作面上隅角瓦斯超限，見圖1。

圖1 瓦斯泵站抽放工作面上隅角瓦斯系統示意圖

2.4 瓦斯泵站設施

根據設計選擇2套600m3/min的水循環泵，一臺使用，一臺備用。泵站分為三部分：水環式瓦斯抽放泵，型號2BE-92，尺寸 4721×2440×1756mm；電機減速器，型號H1SH09/ZDY450，尺寸3570×2080×1655mm；臥式氣水分離器，尺寸2920×1825×1605mm。泵站抽放管路選擇Φ610×2000mm鐵管，自制，鐵管需進行除銹和防腐處理。泵站內需施工2個水倉，每個水倉容量不小于20m3。供電系統選擇6kV高壓供電。

2.5 設備抽采能力校驗

工作面低位抽采巷由十二采區移動泵站負擔，十二采區移動泵額定流量為600m3/min，實際最大流量可達額定流量的80%，為400m3/min ，最大負壓為60000Pa，十二采區移動泵站至低位抽采巷管路距離為1077m，管路濃度不大于2.5%。

管路選型計算如下：

式中：

dc-瓦斯對空氣的相對比重（1-0.4466×Cr）

L-瓦斯管路長度，m；

Qc-抽放混合量，m3/h；

K-不同管徑系數，0.71；

D-瓦斯管路直徑，cm；

H-阻力損失，mmH2O。

已知：

計算得D=303mm。

低位抽采巷管路系統負壓計算：

式中：

dc-瓦斯對空氣的相對比重，（1-0.4466×Cr）；

L-瓦斯管路長度，m；

Qc-抽放混合量，m3/h；

K-不同管徑系數，0.71；

D-瓦斯管路直徑，cm；

H-阻力損失，mmH2O；

已知：

計算得，H=279.23mmH2O，

現十二采區移動泵至低位抽采巷瓦斯管路選用Φ800mm的瓦斯管，抽放設備極限壓力為60000Pa，均能滿足要求。

3 采區回風流瓦斯濃度分析

根據抽放設計流程，工作面上隅角的瓦斯經瓦斯泵站抽放至移動泵站，再轉排至采區回風巷，這樣極有可能造成采區回風巷瓦斯濃度超限，造成瓦斯事故。因此，必須根據采區回風風量對瓦斯排放總量進行校驗，確保在泵站排放瓦斯后，不會造成采區回風巷內瓦斯超限。根據排放前風量測定，十二采區回風巷內風量最小2000m3/min，排放前瓦斯濃度最大0.3%。移動泵站有效抽放量為400m3/min，設計瓦斯抽放濃度不大于2.5%，則采區回風巷內最大排放瓦斯量為10m3/min，采區回風流內瓦斯濃度最大增加為400×2.5%÷2000+0.3%=0.8%。根據煤礦安全規程規定，采區回風巷風流中瓦斯濃度不得超過1%，校驗值為0.8%，符合安全生產的相關規定。

4 應用效果

根據3個月的現場應用統計，泵站抽排量在380m3/min左右，生產期間抽放瓦斯濃度在0.8～1.7%之間，最大抽放瓦斯6m3/min，最小3m3/min，平均4.5m3/min，回風風排瓦斯量均在5.37m3/min以下，瓦斯濃度控制在0.8%以下。同時通過測試，工作面上隅角瓦斯濃度在停止抽排后，瓦斯濃度最大可達2.5%，在啟動移動泵站30min后，上隅角瓦斯可降低并穩定至0.5%左右，移動泵站能有效抽排工作面上隅角瓦斯，解決了工作面上隅角瓦斯超限問題。采區移動泵站正常開啟期間，工作面上隅角未出現瓦斯超限報警。

5 結論

實踐證明，利用瓦斯移動泵站抽排上隅角瓦斯代替原內錯尾巷風排上隅角瓦斯，具有系統穩定，人員無需進入高瓦斯聚集區作業兩大優點，現場應用效果顯著，不僅解決了工作面上隅角瓦斯超限問題，而且提高了工作面瓦斯治理和管控水平。此項技術在一礦的成功應用，對陽泉礦區工作面瓦斯治理具有積極的參考和借鑒意義。