利用負壓風(fēng)筒處理工作面隅角瓦斯研究

文/鄧九洲 王信輝

煤層瓦斯含量與地質(zhì)條件密切相關(guān)，伴隨著工作面推進，越臨近地質(zhì)構(gòu)造帶，瓦斯涌出量變化越大，甚至一些低瓦斯礦井的局部地區(qū)開始變成高瓦斯區(qū)域，成為低瓦斯礦井的瓦斯異常區(qū)。

針對低瓦斯礦井的瓦斯異常問題，一些礦井在不影響生產(chǎn)、不大量增加投入的前提下，大多單純采用加強通風(fēng)、增大風(fēng)量等方法處理瓦斯，方法單一，一旦風(fēng)量產(chǎn)生變化極易造成瓦斯事故。冀中能源股份公司葛泉礦1623工作面屬于低瓦斯礦井的瓦斯異常區(qū)，瓦斯涌出量相對較大。根據(jù)礦井通風(fēng)情況，結(jié)合工作面回采實際，葛泉礦提出采用負壓風(fēng)筒處理工作面隅角瓦斯，并對該方法進行分析和實踐測試，為工作面后續(xù)開采期間的瓦斯治理工作提供了有益參考。

一、工作面概況

1623工作面位于1622工作面與DF6-2斷層之間，工作面總體為單斜，埋深范圍為170～316m，煤層傾角最小4°，最大34°，平均23°；煤層厚度基本在0.8～5.4m之間，平均為3.83m。工作面內(nèi)構(gòu)造賦存較為復(fù)雜。工作面周邊主要為南翼二采區(qū)軌道上山、運輸上山以及1622工作面采空區(qū)，其余無采掘工程。

1623工作面在煤層厚度大于4m段采用放頂煤采煤方法，在外段小于4m段采用綜合機械化采煤方法。工作面采用下行通風(fēng)方法，采空區(qū)頂板采用全部垮落法進行管理。

二、工作面瓦斯來源

自1623工作面回采以來，經(jīng)現(xiàn)場觀察和實測，工作面回風(fēng)隅角瓦斯?jié)舛仍?.65%左右，回風(fēng)巷內(nèi)瓦斯?jié)舛仍?.6%左右，采空區(qū)內(nèi)瓦斯?jié)舛瘸^2%。經(jīng)分析，瓦斯來源主要有以下兩個方面。

1.工作面煤壁吸附的瓦斯

這部分瓦斯主要體現(xiàn)在采煤機割煤時，煤層原有的應(yīng)力平衡狀態(tài)被采煤機破壞，導(dǎo)致其內(nèi)部所含的吸附瓦斯在極短時間內(nèi)進行解吸，轉(zhuǎn)變?yōu)橛坞x瓦斯釋放出來。且由于工作面采用下行通風(fēng)，受風(fēng)流和風(fēng)壓影響，這部分解吸的瓦斯主要存在于工作面下部。

2.工作面回風(fēng)隅角瓦斯

這部分瓦斯主要是由采空區(qū)遺煤釋放的瓦斯和后溜子上頂煤釋放的瓦斯組成。工作面放頂后，頂煤落到后溜子上，其釋放的瓦斯隨風(fēng)流進入回風(fēng)隅角范圍內(nèi)，隨后滯留于隅角頂板附近，不易排出。

三、瓦斯治理技術(shù)方案選擇

針對工作面煤壁吸附的瓦斯，采用增加風(fēng)量的方法進行治理，處理割煤時，使從煤層內(nèi)解吸出來的游離瓦斯，隨工作面風(fēng)流排出。

針對回風(fēng)隅角瓦斯，經(jīng)討論，綜合考慮成本投入和工作量，選擇采用珍珠巖袋充填以及埋設(shè)風(fēng)筒，利用負壓抽出隅角瓦斯的方法進行治理。

1.壓差測定

葛泉礦采用抽出式通風(fēng)，故負壓風(fēng)筒抽出隅角瓦斯的關(guān)鍵，就是隅角位置與風(fēng)筒出風(fēng)口位置的靜壓差，要大于隅角位置和出風(fēng)口位置的位壓差（風(fēng)筒內(nèi)表面光滑，忽略摩擦阻力）。

在1623工作面隅角及其回風(fēng)風(fēng)路上選取5個測點，利用儀器進行壓差測定，具體測量結(jié)果如表1所示。

表1 5個測點的測量數(shù)據(jù)

通過數(shù)據(jù)分析，可知隅角處于工作面最低點，標(biāo)高為-181.4m，而工作面運輸巷口標(biāo)高為158.5m，兩者高差22.9m，位壓差約為229Pa，隅角與運輸巷口之間的靜壓差為400Pa，靜壓差大于位壓差，說明利用靜壓差使隅角內(nèi)積聚的瓦斯通過負壓風(fēng)筒直接排出到采區(qū)回風(fēng)巷的方法，是可行的。

2.風(fēng)筒及出風(fēng)口位置確定

1623工作面運輸巷內(nèi)有一部皮帶，考慮巷道內(nèi)行人和運煤，將風(fēng)筒吊掛在皮帶側(cè)，以減少巷道內(nèi)作業(yè)對風(fēng)筒的影響。同時將風(fēng)筒按局部通風(fēng)機管理要求進行吊掛，即逢環(huán)必掛，風(fēng)筒與頂板保持在300mm的間距，吊掛平直。

通過表1可知，風(fēng)筒出風(fēng)口在1#測點、2#測點、3#測點均可以實現(xiàn)抽出隅角內(nèi)積聚的瓦斯，但為了達到效果最優(yōu)，分別測定風(fēng)筒出風(fēng)口在1#測點、2#測點、3#測點風(fēng)筒內(nèi)的風(fēng)量及瓦斯?jié)舛取?/p>

選擇相同的班次，相同時間，同時安排人員在聯(lián)絡(luò)巷外口風(fēng)門處站崗，測定期間任何人不得打開風(fēng)門。測定數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 3個測點的風(fēng)筒風(fēng)量和瓦斯?jié)舛?/p>

3.方案確定

結(jié)合上述測試數(shù)據(jù)，綜合考慮，確定將風(fēng)筒隅角端預(yù)埋入隅角珍珠巖袋墻內(nèi)，隨工作面放頂外移，保證風(fēng)筒端頭在珍珠巖袋墻內(nèi)，確保可以將后溜子上的浮煤和采空區(qū)的遺煤產(chǎn)生的瓦斯抽出。而風(fēng)筒出風(fēng)口端則固定在1#測點處。考慮抽放瓦斯的相關(guān)規(guī)定，最終確定，將風(fēng)筒出風(fēng)口固定在1#測點上風(fēng)流15m處。該處前后20m范圍內(nèi)無機電設(shè)備，符合相關(guān)規(guī)定要求。

四、小結(jié)

在使用了負壓風(fēng)筒后，1623工作面在回采過程中，運輸巷瓦斯和隅角瓦斯?jié)舛让黠@降低，正常生產(chǎn)期間運輸巷瓦斯最高濃度為0.32%，隅角瓦斯最高濃度為0.42%。風(fēng)筒內(nèi)瓦斯最高濃度為2.3%。南翼二采回風(fēng)巷內(nèi)瓦斯最高濃度為0.26%。

實踐結(jié)果表明，使用負壓風(fēng)筒處理隅角瓦斯，能有效降低工作面瓦斯?jié)舛龋乐雇咚故鹿剩@一方法為低瓦斯礦井處理高瓦斯區(qū)域提供了有益參考。