高瓦斯礦井極薄煤層采煤工作面“Y”形通風(fēng)與瓦斯抽放綜合治理研究

張俊強(qiáng)

(山東煤礦安全監(jiān)察局魯東監(jiān)察分局，山東 255086)

高瓦斯礦井極薄煤層采煤工作面“Y”形通風(fēng)與瓦斯抽放綜合治理研究

張俊強(qiáng)

(山東煤礦安全監(jiān)察局魯東監(jiān)察分局，山東 255086)

針對(duì)東泰礦業(yè)有限公司一號(hào)礦高瓦斯難抽極薄采煤工作面隅角瓦斯超標(biāo)問題，通過對(duì)工作面通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行分析，提出采用“Y”形通風(fēng)方式治理回風(fēng)角隅瓦斯，并優(yōu)化布置了瓦斯抽放系統(tǒng)，改造后，經(jīng)對(duì)比測試表明:工作面風(fēng)流平均瓦斯?jié)舛冉档?.17%，回風(fēng)流平均瓦斯?jié)舛冉档?.19%，回風(fēng)隅角平均瓦斯?jié)舛冉档?.41%。

極薄煤層 隅角瓦斯 “Y”形通風(fēng)

高瓦斯難抽極薄煤層回風(fēng)隅角的瓦斯治理是衰老礦井面對(duì)的一項(xiàng)重大課題，由于煤層較薄，且又難以抽放，因此如何研究和采用不同的通風(fēng)方式，解決采煤工作面隅角瓦斯治理和瓦斯抽放問題，徹底消除瓦斯隱患，保證工作面回采安全，是煤礦安全工作面中的一項(xiàng)重要任務(wù)。本文以山東東泰礦業(yè)有限公司一號(hào)礦426采煤工作面為例，通過工作面系統(tǒng)改造，解決高瓦斯難抽極薄煤層回風(fēng)隅角的瓦斯超標(biāo)問題。

1 礦井概況

山東東泰礦業(yè)有限公司一號(hào)礦隸屬于山東東泰礦業(yè)有限公司。礦井始建于1958年，歷經(jīng)三次改擴(kuò)建，核定生產(chǎn)能力為72萬t/a。目前，礦井主要開采3、4、7、10四個(gè)煤層。礦井有進(jìn)風(fēng)立井、提人副井、提矸副井和主斜井四個(gè)進(jìn)風(fēng)井，一個(gè)回風(fēng)立井。礦井需要風(fēng)量為8511m3/min，實(shí)際總進(jìn)風(fēng)量為9320m3/min，有效風(fēng)量為8142m3/min，總回風(fēng)量為10128m3/min，礦井有效風(fēng)量率為87.36%，礦井等級(jí)孔為3.37m2，礦井負(fù)壓為3510Pa。2012年礦井核定通風(fēng)能力為75.08萬t/a。礦井為高瓦斯礦井，瓦斯相對(duì)涌出量11.68m3/t，絕對(duì)涌出量16.85m3/min。其中4煤層采煤工作面瓦斯絕對(duì)涌出量為 1.73m3/min。

2 工作面基本情況

圖1 426工作面系統(tǒng)改造前通風(fēng)系統(tǒng)圖

426采煤工作面為4煤層420采區(qū)的第五個(gè)采煤工作面，4煤層煤層厚度一般在0.65m左右，為極薄煤層，煤層直接頂為致密堅(jiān)硬的石灰?guī)r，厚度在0.3～1.1m，變化較大，煤層底板為砂質(zhì)頁巖。4煤層經(jīng)鑒定為Ⅲ類不易自燃煤層，煤塵無爆炸性。2010年9月經(jīng)河南理工大學(xué)瓦斯地質(zhì)與瓦斯治理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室對(duì)礦井各煤層瓦斯數(shù)據(jù)測定，4煤煤層瓦斯含量為 4.5 ～4.96m3/t，瓦斯壓力為0.503～0.622MPa。426 采煤工作面走向長 310m，傾斜長度80m，工作面設(shè)計(jì)為高檔普采工作面，采用走向長壁后退式采煤方法采煤，工作面采用ZB-2型采煤機(jī)組落煤，單體液壓支柱配合高密度板支護(hù)頂板。426采煤工作面原設(shè)計(jì)采用“U”型通風(fēng)方式通風(fēng)，下順槽為進(jìn)風(fēng)巷，上順槽為回風(fēng)巷，工作面需要風(fēng)量為200m3/min，實(shí)際配風(fēng)量為282m3/min。工作面的瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)為KJ76N型瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)，工作面安設(shè)有甲烷、溫度、粉塵等傳感器，其中甲烷傳感器T1安設(shè)在距工作面不大于10m處，T2安設(shè)在工作面回風(fēng)巷風(fēng)流匯合口以里10～15m處，監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)工作面所有非本安電氣設(shè)備實(shí)行了閉鎖。工作面系統(tǒng)改造前通風(fēng)系統(tǒng)見圖1。

由于工作面采用“U”形通風(fēng)方式，在回采期間，回風(fēng)隅角的瓦斯?jié)舛冉?jīng)常處于超限狀態(tài)，回風(fēng)隅角處瓦斯?jié)舛茸罡呖蛇_(dá)0.8%，瓦斯抽放管路進(jìn)氣口處瓦斯?jié)舛冗_(dá)5%以上，且工作面采用高檔普采回采工藝，工作面上部掘進(jìn)機(jī)窩需要進(jìn)行放炮，放炮地點(diǎn)距離瓦斯抽放進(jìn)氣口處3～5m，此處瓦斯?jié)舛纫堰_(dá)到爆炸下限 (瓦斯爆炸濃度為4%～16%)，為工作面的安全回采帶來了極大隱患。

3 采取的主要措施

為徹底解決426工作面回風(fēng)隅角瓦斯?jié)舛容^高、瓦斯抽放管路進(jìn)氣口距離放炮作業(yè)地點(diǎn)較近的問題，對(duì)照426工作面的實(shí)際情況，經(jīng)分局和礦井有關(guān)技術(shù)人員對(duì)采煤工作面各種通風(fēng)方式的綜合分析和論證，決定對(duì)工作面通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行改造，采用“Y”形通風(fēng)技術(shù)。“Y”形通風(fēng)不容易形成回風(fēng)隅角和通風(fēng)渦流狀況，能夠較好地解決回風(fēng)隅角的瓦斯問題，且采用“Y”型通風(fēng)后，通過施工工作面后部回風(fēng)道，可以將瓦斯抽放管路安裝在工作面回風(fēng)道中，對(duì)工作面采空區(qū)實(shí)施抽放，抽放管路進(jìn)氣口遠(yuǎn)離放炮作業(yè)地點(diǎn)，可以較好地保證工作面的生產(chǎn)安全。

在對(duì)工作面“Y”形通風(fēng)研究的基礎(chǔ)上，礦井編制了《426采煤工作面“Y”型通風(fēng)方式瓦斯治理方案》(以下簡稱《方案》)，先后投資502.2萬元，掘進(jìn)巷道600余米，完成了426采煤工作面“Y”型通風(fēng)系統(tǒng)改造。改造后工作面的通風(fēng)系統(tǒng)如圖2所示。

圖2 426工作面系統(tǒng)改造后通風(fēng)系統(tǒng)圖

按照《方案》設(shè)計(jì)，在回采過程中，工作面采用沿空留巷的方式，保留工作面后退出口，即在工作面回風(fēng)巷中沿下幫煤壁打好支柱，設(shè)置沙袋墻，形成沿空留巷。為防止和減少沙袋墻漏風(fēng)，降低工作面有效風(fēng)量，在壘沙袋墻時(shí)，采用水泥混合黃土對(duì)沙袋墻縫隙進(jìn)行封堵。

工作面瓦斯抽放是將420采區(qū)安裝的瓦斯抽放系統(tǒng)，經(jīng)420采區(qū)進(jìn)風(fēng)道，420采區(qū)軌道下山，426工作面上出口，接入426工作面采空區(qū)內(nèi)，對(duì)426工作面采空區(qū)實(shí)施抽放，改造后抽放管路改由428工作面回風(fēng)道，428工作面切眼進(jìn)入426工作面回風(fēng)道，抽放口沿保留出口沙袋墻接入426工作面老空區(qū)進(jìn)行抽放。同時(shí)，在采煤工作面正?；夭善陂g，采取了加大工作面風(fēng)量，將工作面配風(fēng)量由原來的282m3/min加大到372m3/min，加強(qiáng)均衡生產(chǎn)，保證了現(xiàn)場的安全。

4 系統(tǒng)改造后數(shù)據(jù)分析

系統(tǒng)改造后，426采煤工作面配風(fēng)量372m3/min;其中工作面上出口進(jìn)風(fēng)量為82m3/min，下出口進(jìn)風(fēng)量為290m3/min。工作面的風(fēng)流和上出口的輔助進(jìn)風(fēng)流在上隅角處匯合后，回風(fēng)沿428工作面出口和切眼，經(jīng)428工作面回風(fēng)道進(jìn)入420采區(qū)回風(fēng)道，形成“Y”型通風(fēng)。自2013年10月19日開始回采，通過對(duì)系統(tǒng)改造前后工作面的面風(fēng)流、面回風(fēng)流和回風(fēng)隅角的瓦斯情況進(jìn)行不間斷的跟蹤檢查，選取系統(tǒng)改造前后各三天的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比。

工作面系統(tǒng)改造前，采用“U”型通風(fēng)方式時(shí)，選取了10月6日、7日、12日三天礦井人工監(jiān)測的瓦斯數(shù)據(jù)與安全監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)測瓦斯數(shù)據(jù)進(jìn)行了對(duì)比，安全監(jiān)控系統(tǒng)瓦斯數(shù)據(jù)見圖3、圖4，瓦斯變化情況見表1。

表1 “U”型通風(fēng)人工監(jiān)測瓦斯?jié)舛缺?/p>

圖3 系統(tǒng)改造前10月6日、7日安全監(jiān)控系統(tǒng)圖

圖4 系統(tǒng)改造前10月12日安全監(jiān)控系統(tǒng)圖

自10月19日開始回采至10月31日，連續(xù)13天對(duì)工作面人工檢查瓦斯情況進(jìn)行了跟蹤檢測，按每班三次檢查瓦斯，共選取了117次瓦斯檢查數(shù)據(jù)進(jìn)行了對(duì)比，數(shù)據(jù)變化情況見圖5。

系統(tǒng)改造后，通過對(duì)10月25日、29日、31日礦井人工監(jiān)測數(shù)據(jù)和瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)測的數(shù)據(jù)分析，安全監(jiān)控系統(tǒng)瓦斯數(shù)據(jù)見圖6、圖7，情況見表2。

圖5 系統(tǒng)改造后10月12日-31日人工檢查數(shù)據(jù)變化圖

表2 “Y”型通風(fēng)人工監(jiān)測瓦斯?jié)舛缺?/p>

由以上瓦斯變化數(shù)據(jù)可以看出，采用“Y”型通風(fēng)后，工作面風(fēng)流最高瓦斯?jié)舛缺炔捎谩癠”型通風(fēng)降低了0.26%，降低率為48%，平均瓦斯?jié)舛冉档土?.17%，降低率為50%;回風(fēng)流最高瓦斯?jié)舛冉档土?.11%，降低率為22%，平均瓦斯?jié)舛冉档土?.19%，降低率為46%;回風(fēng)隅角最高瓦斯?jié)舛冉档土?.29%，降低率為37%，平均瓦斯?jié)舛冉档土?.41%，降低比率為66%。從瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)測的數(shù)據(jù)來看，1號(hào)傳感器最高瓦斯?jié)舛冉档土?.20%，降低率為41%，平均瓦斯?jié)舛冉档土?.17%，降低率為53%;2號(hào)傳感器最高瓦斯?jié)舛冉档土?.15%，降低率為26%，平均瓦斯?jié)舛冉档土?.10%，降低率為30%。

圖6 系統(tǒng)改造后10月25日、29日安全監(jiān)控系統(tǒng)圖

圖7 系統(tǒng)改造后10月31日安全監(jiān)控系統(tǒng)圖

5 結(jié)論

本文通過對(duì)426高瓦斯礦井極薄煤層采煤工作面通風(fēng)系統(tǒng)改造，有效地降低采煤工作面的瓦斯。通過瓦斯抽放系統(tǒng)的改造，使瓦斯抽放管路進(jìn)氣口遠(yuǎn)離了放炮作業(yè)地點(diǎn)，放置在沙袋墻里面，有效地避免了放炮引起的瓦斯事故的可能，達(dá)到了綜合治理工作面瓦斯的目的，消除了瓦斯這一隱患，最大程度地保證了采煤工作面的安全回采。

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［2］賀依寧.保德煤礦瓦斯涌出與通風(fēng)方式的關(guān)系研究［J］.能源技術(shù)與管理，2013，38(2):37-39.

［3］李宗祥，孫學(xué)強(qiáng)，賈進(jìn)章.Y型通風(fēng)采空區(qū)自然與有害氣體排放的數(shù)值模擬 ［J］.安全與環(huán)境學(xué)報(bào)，2005，5(6):1087-111.

［4］鄭廣義.利用Y形通風(fēng)方式解決工作面瓦斯超限的實(shí)踐 ［J］.能源技術(shù)與管理，2012，2:78-80.

Study on Y-shape Ventilation and Comprehensive Control of Gas for the Mining Faces of the Extremely Thin Coal Seams in Gassy Coal Mines

ZHANG Junqiang
(Ludong Branch Bureau of Shandong Coal Mine Safety Supervision，Shandong 255086)

To solve the issue of the methane concentration in the corner exceeding the limitation in the mining faces of gassy and extremely thin coal seams in No.1 Coal Mine，Dongtai Mining Industry Co.，Ltd.，the paper analyzes the ventilation system of mining faces，puts forwards to apply Y-shape ventilation to control the gas in the runway corner，and optimizes the distribution of the gas drainage system.After the reconstruction，it is indicated in the comparison test that，the average methane concentration of the airflow in the mining faces decreased by 0.17% ，the average methane concentration of the return airflow decreased by 0.19%，and the he average methane concentration in the runway corner decreased by 0.41%.

Extremely thin coal seam;gas in the corner，Y-shape ventilation

張俊強(qiáng)，男，高級(jí)工程師，長期從事煤礦通風(fēng)與安全工作，對(duì)礦井通風(fēng)系統(tǒng)改造、煤礦瓦斯防治、礦井火災(zāi)防治等防治技術(shù)研究工作，多年從事煤礦安全監(jiān)察工作。

(責(zé)任編輯 劉 馨)