孔莊礦7354工作面上隅角瓦斯治理模式研究＊

王志亮 陳善文 上官昌培 肖海軍

（1.華北科技學(xué)院安全工程學(xué)院，河北省三河市，065201；2.中煤集團(tuán)大屯公司孔莊煤礦，江蘇省徐州市，221611）

孔莊礦7354工作面上隅角瓦斯治理模式研究＊

王志亮1陳善文2上官昌培2肖海軍2

（1.華北科技學(xué)院安全工程學(xué)院，河北省三河市，065201；2.中煤集團(tuán)大屯公司孔莊煤礦，江蘇省徐州市，221611）

分析了孔莊礦7354采煤工作面上隅角瓦斯治理的現(xiàn)狀，依據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合7354工作面隅角瓦斯涌出特性提出了3種瓦斯抽放方案，并分別對(duì)各抽放參數(shù)進(jìn)行計(jì)算。按照技術(shù)可行、安全可靠的原則對(duì)方案進(jìn)行優(yōu)選。

上隅角 瓦斯積聚 移動(dòng)式瓦斯抽放系統(tǒng) 方案優(yōu)選

采煤工作面上隅角處在整個(gè)工作面采空區(qū)漏風(fēng)的匯合處，漏風(fēng)中往往攜帶大量的采空區(qū)瓦斯，而工作面的風(fēng)流由于在U型通風(fēng)上隅角位置處向回風(fēng)巷轉(zhuǎn)向，會(huì)在此處形成渦流，致使采空區(qū)涌出的大量高濃度瓦斯難以進(jìn)入主風(fēng)流中而匯聚于此，形成上隅角瓦斯集聚。上隅角集聚的瓦斯是煤礦重大危險(xiǎn)源之一，及時(shí)有效地處理該區(qū)域積聚的瓦斯是日常瓦斯管理的重點(diǎn)。

1 孔莊礦7354工作面隅角瓦斯治理現(xiàn)狀

7354綜放工作面放煤期間存在上隅角切頂線(xiàn)區(qū)域積聚瓦斯隱患，為確保7354工作面瓦斯安全管理，孔莊煤礦專(zhuān)門(mén)下發(fā)了7354工作面瓦斯管理專(zhuān)項(xiàng)措施（屯能司孔〔2001〕169號(hào)）。目前，上隅角瓦斯治理措施是在7354工作面123＃支架上吊掛一套2 k W小通風(fēng)機(jī)，通過(guò)?400 mm風(fēng)筒向上隅角供風(fēng)，稀釋上隅角瓦斯，在工作面上隅角往外60 m處安設(shè)一臺(tái)2×2.2 k W的抽出式通風(fēng)機(jī)，通過(guò)?400 mm伸縮性負(fù)壓風(fēng)筒抽排上隅角瓦斯。7354綜放工作面通風(fēng)機(jī)布置見(jiàn)圖1。

小型通風(fēng)機(jī)未安裝前，上隅角瓦斯?jié)舛仍?.7%左右，采空區(qū)瓦斯?jié)舛?.8%左右。抽放通風(fēng)機(jī)安裝后，上隅角瓦斯?jié)舛冉禐?.4%左右，采空區(qū)瓦斯?jié)舛冉禐?.86%左右。說(shuō)明采用兩部通風(fēng)機(jī)處理上隅角瓦斯取得了較好的效果，但通風(fēng)機(jī)均位于工作面采場(chǎng)范圍內(nèi)，影響正常生產(chǎn)工作，同時(shí)工作面風(fēng)流不穩(wěn)定，該方式一般是臨時(shí)處理瓦斯的措施。因此，有必要進(jìn)一步研究治理上隅角瓦斯的其它處理方法。根據(jù)本礦瓦斯涌出現(xiàn)狀和生產(chǎn)布局安排，經(jīng)對(duì)各種隅角瓦斯治理方式對(duì)比分析后，確定采用井下移動(dòng)式瓦斯抽放系統(tǒng)來(lái)處理工作面上隅角瓦斯問(wèn)題。

圖1 7354綜放工作面隅角通風(fēng)機(jī)布置圖

2 上隅角瓦斯抽放量分析

由于7354工作面采用U型通風(fēng)方式，采空區(qū)內(nèi)的瓦斯主要通過(guò)上隅角涌出。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，7354工作面原風(fēng)量750 m3/min，安裝兩臺(tái)小型通風(fēng)機(jī)后風(fēng)量增加到933 m3/min，抽出隅角的瓦斯?jié)舛葹?.4%，由此可得抽出式通風(fēng)機(jī)的抽風(fēng)量為183 m3/min，小型通風(fēng)機(jī)安裝后抽出的上隅角瓦斯量為0.732 m3/min。由于壓入式通風(fēng)機(jī)提高了隅角的絕對(duì)壓力，抑制了采空區(qū)瓦斯的涌出，因此在采空區(qū)內(nèi)尚有大量瓦斯存在。若采用移動(dòng)式抽放系統(tǒng)，停止兩臺(tái)小型通風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)后，上隅角處于負(fù)壓狀態(tài)，采空區(qū)內(nèi)會(huì)涌出大量瓦斯，同時(shí)抽放支管能深入采空區(qū)內(nèi)部，因此移動(dòng)式抽放管路內(nèi)的瓦斯?jié)舛葧?huì)有較大增加，預(yù)計(jì)在1.5%左右。按照小型通風(fēng)機(jī)的抽風(fēng)量和隅角自然瓦斯涌出濃度，則可計(jì)算出采用移動(dòng)式泵站的瓦斯抽放量為1.28 m3/min，抽放管路中瓦斯混合抽放量為85.4 m3/min。

3 井下移動(dòng)瓦斯抽放系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

依據(jù)煤礦井下瓦斯抽放泵站的有關(guān)規(guī)定，結(jié)合孔莊礦7354工作面生產(chǎn)現(xiàn)狀，提出3套瓦斯抽放方案。

3.1 移動(dòng)泵站安設(shè)位置

移動(dòng)泵站安裝地點(diǎn)應(yīng)根據(jù)需要抽放瓦斯的區(qū)域而定。一般采用就近安裝原則，但應(yīng)安裝在有新鮮風(fēng)流的巷道中，安裝地點(diǎn)不應(yīng)堆放雜物，并能保證供水和排水方便；抽出的瓦斯可引排到地面、總回風(fēng)巷、一翼回風(fēng)巷或分區(qū)回風(fēng)巷，但必須保證稀釋后風(fēng)流中的瓦斯?jié)舛炔怀?。按照上述?guī)定，結(jié)合7354工作面巷道布置實(shí)際情況，移動(dòng)抽放泵站的安設(shè)位置見(jiàn)圖2。

圖2 7354工作面瓦斯抽放移動(dòng)泵站安設(shè)位置圖

3.2 方案比較

瓦斯抽放管徑選擇對(duì)抽放瓦斯系統(tǒng)的建設(shè)投資及抽放系統(tǒng)效果有很大影響。直徑太大，投資費(fèi)用增加；直徑過(guò)細(xì)，管路阻力損失大。移動(dòng)抽放系統(tǒng)管徑選擇依據(jù)隅角瓦斯抽放量和經(jīng)濟(jì)流速，并考慮一定的富余量來(lái)確定，目的為降低抽放管路阻力，加大抽放管口負(fù)壓，提高抽放效果。

（1）方案一。抽放泵負(fù)壓側(cè)和正壓側(cè)均采用6寸管（?150 mm），管路總長(zhǎng)度500 m（抽氣管400 m，壓氣管100 m）；混合抽放量85.4 m3/min；混合瓦斯對(duì)空氣的密度比0.994，管徑系數(shù)K為0.71。由此可計(jì)算出移動(dòng)泵站抽放系統(tǒng)的各參數(shù)，入口側(cè)管路摩擦阻力為189941 Pa，入口側(cè)管路局部阻力為37988 Pa，出口側(cè)管路摩擦阻力為47485 Pa，出口側(cè)管路局部阻力為9497 Pa，抽放管網(wǎng)總阻力為284911 Pa，瓦斯抽放泵流量為128 m3/min，瓦斯抽放泵壓力為356293 Pa。局部阻力取相應(yīng)摩擦阻力的20%，抽放管路瓦斯?jié)舛热?.5%，抽放系統(tǒng)入口負(fù)壓為7000 Pa，抽放系統(tǒng)出口負(fù)壓為5000 Pa，流量備用系數(shù)為1.2，壓力備用系數(shù)為1.2，瓦斯泵抽放效率為0.8。

（2）方案二。按照7354工作面隅角瓦斯涌出實(shí)際情況，取抽放管路內(nèi)混合氣體經(jīng)濟(jì)流速1.5 m/s，計(jì)算可得所需管路內(nèi)徑為348 mm。其它參數(shù)同方案一，由此計(jì)算得出移動(dòng)泵站抽放系統(tǒng)的各參數(shù)，入口側(cè)管路摩擦阻力為2826 Pa，入口側(cè)管路局部阻力為565 Pa，出口側(cè)管路摩擦阻力為706 Pa，出口側(cè)管路局部阻力為141 Pa，抽放管網(wǎng)總阻力為4328 Pa，瓦斯抽放泵流量為128 m3/min，瓦斯抽放泵壓力為19594 Pa。

（3）方案三。由于7354工作面材料巷為回風(fēng)巷，沿煤層底板布置，靠中上部鋪設(shè)軌道。材料巷采用錨網(wǎng)支護(hù)，局部為錨架聯(lián)合支護(hù)。梯形斷面凈寬4.2 m，凈高2.4 m，斷面積11.31 m2，主要用于該工作面的回風(fēng)和運(yùn)料。材料巷內(nèi)布置直徑3寸壓風(fēng)、供水、排水（注漿）三路管路及電纜、監(jiān)測(cè)線(xiàn)等管線(xiàn)設(shè)備。由于回風(fēng)巷擔(dān)負(fù)工作面進(jìn)料任務(wù)，巷道內(nèi)管路及各種管線(xiàn)布置較多，采用內(nèi)徑為348 mm的抽放管路存在斷面偏小，安裝困難等問(wèn)題，為此提出方案三，即移動(dòng)抽放系統(tǒng)負(fù)壓側(cè)安裝兩條并聯(lián)管路，內(nèi)徑均為150 mm，為減小回風(fēng)側(cè)阻力，回風(fēng)段選用內(nèi)徑為348 mm的管路。由此進(jìn)風(fēng)段每條管路混合瓦斯量為42.7 m3/min；回風(fēng)段管路混合瓦斯量為85.4 m3/min；進(jìn)風(fēng)段瓦斯抽放管內(nèi)徑為150 mm，回風(fēng)段瓦斯抽放管內(nèi)徑為348 mm，其它參數(shù)同方案一，由此計(jì)算得出移動(dòng)泵站抽放系統(tǒng)的各參數(shù)，入口側(cè)管路摩擦阻力為47485 Pa，入口側(cè)管路局部阻力為9497 Pa，出口側(cè)管路摩擦阻力為706 Pa，出口側(cè)管路局部阻力為141 Pa，抽放管網(wǎng)總阻力為57829 Pa，瓦斯抽放泵流量為128 m3/min，瓦斯抽放泵壓力為83795 Pa。

3.3 方案優(yōu)選

（1）方案一所需管徑較小，安裝方便，但計(jì)算得出的抽放泵壓力太大，不可能選出合適的瓦斯抽放泵，因此技術(shù)上不可行。

（2）方案二抽放負(fù)壓較小，富余量較大，能夠滿(mǎn)足異常狀態(tài)下瓦斯抽放需求，同時(shí)對(duì)即將回采的7353工作面上隅角瓦斯抽放具有參考作用，但抽放管徑較大，在巷道中鋪設(shè)困難，目前工作面回風(fēng)巷不具有實(shí)施條件。

（3）方案三泵站入風(fēng)側(cè)鋪設(shè)兩條內(nèi)徑為150 mm的管道，壓風(fēng)側(cè)鋪設(shè)一條內(nèi)徑為348 mm的管道，在流量備用系數(shù)取1.2，壓力備用系數(shù)取1.2，瓦斯泵抽放效率取0.8的條件下，計(jì)算得出的抽放泵混合流量128 m3/min，抽放泵壓力為83795 Pa，處于合理范圍內(nèi)，能夠滿(mǎn)足隅角瓦斯涌出的抽放要求，回風(fēng)巷道也具備實(shí)施條件。

綜合以上分析，孔莊礦采用方案三作為治理7354工作面隅角瓦斯涌出的技術(shù)措施。

4 結(jié)論

（1）采用局部通風(fēng)機(jī)治理上隅角瓦斯能夠取得較為明顯的效果，但隨工作面不斷推進(jìn)，通風(fēng)機(jī)需隨綜采支架動(dòng)態(tài)移動(dòng)，造成風(fēng)流不穩(wěn)定；同時(shí)通風(fēng)機(jī)處于工作面人員集中作業(yè)區(qū)域內(nèi)，影響正常生產(chǎn)進(jìn)度。因此該方式只適用于臨時(shí)性處理上隅角瓦斯異常涌出，不能作為隅角瓦斯治理的常態(tài)技術(shù)措施。

（2）采用移動(dòng)式瓦斯抽放系統(tǒng)后，隅角處風(fēng)流由局部通風(fēng)機(jī)壓入式的正壓變?yōu)槌槌鍪截?fù)壓，采空區(qū)瓦斯涌出量和瓦斯?jié)舛缺厝辉黾?，因此在設(shè)計(jì)抽放方案時(shí)必須考慮到這一特性。

（3）由于工作面回風(fēng)巷斷面較小，巷道內(nèi)布置有各種管路和管線(xiàn)，若設(shè)計(jì)的瓦斯抽放管路太小，不能滿(mǎn)足抽放需求，管路太大，又不具備布置條件，該狀況下可并聯(lián)布置兩趟管路較小的瓦斯抽放管，即可滿(mǎn)足瓦斯抽放要求，又不影響正常的回采作業(yè)。

（4）由于工作面隅角瓦斯涌出濃度較低，應(yīng)在進(jìn)風(fēng)隅角處設(shè)置煤袋墻和風(fēng)障方式，減少進(jìn)入采空區(qū)的漏風(fēng)，可提高回風(fēng)隅角處的瓦斯抽放濃度。

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Research on gas control mode in upper corner at 7354 coal face of Kongzhuang Coal Mine

Wang Zhiliang1，Chen Shanwen1，Shangguan Changpei2，Xiao Haijun2
（1.Safety Engineering College of North China Institute of Science and Technology，Sanhe，Hebei 065201，China；2.Kongzhuang Coal Mine of Datun，Company，China Coal Group Co.，Ltd.，Xuzhou，Jiangsu 221611，China）

The current upper corner gas control on the 7354 coal working face in Kongzhuang Coal Mine was analyzed.The three kinds of gas drainage schemes were put forward and every drainage parameters were also calculated according to the relevant standards in combination with the gas emission characteristics.Besides，according to the principles of technical feasibility and safe reliability，the schemes were optimized and the third scheme was selected as the basic technical mode for the corner gas control at this coal face.

upper corner，gas accumulation，movable gas drainage system，scheme optimization

TD712

A

＊中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)資助（項(xiàng)目編號(hào)：AQ1201B）

王志亮（1971－），男，山西陽(yáng)泉人，博士，副教授。研究方向?yàn)榈V井通風(fēng)與瓦斯防治。

（責(zé)任編輯 張艷華）