關于召開 2024 山西省煤炭學會煤礦智能化委員會年會暨千人智庫科創(chuàng)服務站工作會的通知

淺談開元公司9404進風掘進瓦斯治理辦法

                                                開元公司通風部   薛關軍

摘要  本文對現(xiàn)生產(chǎn)條件下掘進工作面瓦斯涌出情況進行了調查分析，針對生產(chǎn)實際情況，提出了掘進工作面瓦斯超限合理的解決辦法

關鍵詞   掘進工作面  瓦斯治理  加大風量  本煤層抽放  方法

 隨著開元公司9^#煤掘進向二水平的延深，掘進工作面瓦斯涌出量也逐漸增大，9404進風順槽掘進工作面是二水平第一個煤巷掘進工作面，在掘進過程中，瓦斯傳感器頻繁超限報警斷電。為使掘進工作安全順利進行，我們經(jīng)過多次現(xiàn)場調查后，采用加大掘進工作面風量和掘進本煤層抽放相結合的方法，保證該面安全順利完成掘進任務1064米，并為以后掘進工作面處理瓦斯提供了經(jīng)驗。

一、 工作面概況

1、工作面位置：

9404工作面位于二階段9^#煤軌、皮、回大巷和15^#煤膠帶大巷以西，西靠放馬溝村預留煤柱，南為9405設計面，北部西側為放馬溝村預留煤柱，東側為未設計面。

2、賦存情況：

該面煤層賦存穩(wěn)定，結構復雜，據(jù)H3、P36號鉆孔資料，東部發(fā)育有三層夾石，西部逐漸變?yōu)閮蓪訆A石，煤層總厚3.95—4.5m、平均4.23m，呈東薄西厚變化。

3、地質構造及工作面頂?shù)装迩闆r：

該掘進面地質構造整體形態(tài)為西低北東高，以寬緩褶曲構造為主，局部呈波狀起伏，傾角在3—10°之間，斷裂構造不發(fā)育，對瓦斯抽放影響不大。

該面直接頂為細砂巖，厚度為0.95m。老頂為粉砂巖，厚度為8.62m。直接底為砂質泥巖，厚度為1.38m。老底為砂質砂巖，厚度為5.93m。

二、掘進工作面瓦斯涌出情況及對策：

1、掘進工作面施工組織情況：9404進風順槽采用矩形斷面施工，掘進長度為1064米，巷道斷面規(guī)格為荒寬4.4米，荒高2.8米，荒斷面為12.32㎡。該工作面采用放炮落煤、人工鐵鍬裝煤，40型刮板機配合SPJ—800皮帶運輸機運煤的掘進方式。采用錨桿、錨索、金屬網(wǎng)聯(lián)合支護。頂幫錨桿呈矩形布置。托頂煤掘進時,采用錨索、金屬網(wǎng)、M型鋼帶聯(lián)合支護,頂板支護使用ф15.24的7股低松弛鋼絞線。

2、掘進工作面局部通風情況：每個獨立通風的掘進工作面實際需要的風量，應按瓦斯或二氧化碳等有害氣體涌出量、炸藥用量、局部通風機實際吸風量、風速和人數(shù)等規(guī)定要求分別進行計算，并必須采取其中最大值。

按瓦斯涌出量計算：

    Ｑ_掘面＝100×q_掘×Ｋ_掘通

        ＝100×2×1.6

        ＝ 320m³／min

    式中：q_掘——掘進工作面的CH₄絕對涌出量,2.0 m³／min；

          Ｋ_掘通 ——掘進工作面CH₄涌出不均衡的風量系數(shù)，取1.6。

按炸藥量計算

Ｑ_掘＝25×A m³／min

   ＝25×14.4 m³／min

   ＝360 m³／min

式中：A ——掘進工作面一次爆破的最大炸藥量, 14.4kg；

      25——每kg炸藥需供給的風量，m³／min；

按人數(shù)計算：

Ｑ_掘＝4×Ｎ m³／min

＝4×34 m³／min

＝ 136 m³／min

式中：Ｎ——掘進工作面同時工作的最多人數(shù) ，34人；

              4—— 每人供給的最小風量，m³／min。

按局部通風機實際吸風量計算

Ｑ_掘=∑Q_局＋9× S 

=320＋15×12 m³／min

= 500m³／min；

式中：Q_掘 ——掘進工作面全負壓供風量, m³／min；

∑Q_局 —同時為該工作面供風的各局部通風機的實際吸風量之和，320 m³／min（該工作面使用一臺2×30kw風機供風）

S ——局部通風機安裝地點到回風口間的巷道斷面積，12m²；

15——局部通風機安裝地點到掘進工作面回風口間的風速 15m／min；

根據(jù)以上計算該工作面的配風量為500 m³／min。

按風速進行驗算

Ｑ_掘≥V₁S m³／min 

400m³／min≥15× 12m³／min = 180 m³／min

Ｑ_掘≤V₂S m³／min

400m³／min≤  240×15m³／min= 3600m³／min

式中：Q_掘 ——掘進工作面的風量, 500  m³／min；

      V₁ ——最低允許風速，本工作面為 15m／min；

V₂——最高允許風速，本工作面為 240 m／min ；

S ——掘進工作面的凈斷面積，12m³；

根據(jù)以上驗算該工作面配風量500 m³／min符合風速規(guī)定。如在掘進過程中發(fā)現(xiàn)瓦斯涌出量，及時更換局扇，調節(jié)風量。

對照局扇技術特征，給掘進工作面配備一臺FBSN06.3/30×2型“雙風機雙電源”，采用壓入式通風。使用ф800mm柔性膠布風筒導風。

局扇主要技術特征見下表

3、掘進工作面瓦斯涌出情況及采取的對策。

當掘進工作面掘進距離為350米時，工作面瓦斯涌出量增大，瓦斯超限頻繁，嚴重影響生產(chǎn)，當時瓦斯調查情況為：正常送風情況下（煤頭風量為230m³/min）：煤頭瓦斯?jié)舛葹?.3%，從煤頭往外到盲洞口瓦斯?jié)舛瘸蔬f增趨勢，即煤頭往外100m范圍內瓦斯?jié)舛葹?.3%—0.5%；100—200m范圍內瓦斯?jié)舛葹?.5%—0.7%；200m到盲洞口瓦斯?jié)舛葹?.7%—0.96%，瓦斯涌出量為3.0—4.0m³/min。

放炮后煤頭瓦斯?jié)舛葹?/span>1.0%—1.3%，盲洞口瓦斯?jié)舛葹?.2%—1.5%，且瓦斯超限時間可達兩小時左右，瓦斯涌出量為5—6.3m³/min。

鑒于以上情況，我們采用了更換大功率局扇，把一臺FBSN06.3/30×2型“雙風機雙電源”換為FBSN07.5/45×2型“雙風機雙電源”，煤頭風量達到400m³/min，有效降低了瓦斯?jié)舛?，使工作面能夠安全順利生產(chǎn)。

當工作面掘至580米時，煤頭風量降為260m³/min，而掘進工作面瓦斯涌出增大至4m³/min，炮后瓦斯可達6m³/min，瓦斯再次頻繁超限，制約掘進工作面安全生產(chǎn)，針對這一現(xiàn)象，我們采取雙局扇向一個掘進面供風，即一臺FBSNo.7.5/45×2型局扇和一臺FBSNo.6.3/30×2型局扇聯(lián)合運行，供風量最大可達650m³/min，以解決瓦斯超限問題。

當工作面掘進至760米時，煤頭風量降至230m³/min，兩局扇吸風量為490m³/min，而工作面瓦斯量經(jīng)過調查為5m³/min，鑒于該工作面以上通風瓦斯現(xiàn)狀，而受生產(chǎn)銜接、礦井風量和主扇能力等客觀因素的限制，無法采用增加風量的方法解決瓦斯超限問題。

為此，我們對煤層爆破松動圈的分布情況及煤層孔隙發(fā)育情況進行了分析，（爆破松動裂隙圈）該掘進面巷道四周在掘進放炮后卸壓形成松動圈，打破了瓦斯原始壓力平衡狀態(tài)，由吸附狀態(tài)部分解吸，變?yōu)橛坞x狀態(tài)，釋放到巷道中，直到巷道掘進到120米左右時，方可找到一個臨時平衡，但隨著時間推移，松動圈以外的原來保持平衡的瓦斯也逐漸與松動圈內臨時平衡的瓦斯進行重新平衡，使瓦斯涌出量在掘進工作面隨距離的增加而增加，但當工作面超過860米時，揭露時間長達7-8個月時，基本可視為巷幫瓦斯已經(jīng)達到一個完全的平衡。

根據(jù)以上分析，我們決定在掘進工作面采用本煤層瓦斯抽放的方法解決工作面瓦斯超限問題，即在該掘進面內每100米，在巷道兩幫各布置一個鉆場，鉆場深5m，寬4m，高3m，第一個鉆場布置在距聯(lián)巷往里50m處，其他鉆場均間隔100m，沿巷道兩幫對稱布置，每個鉆場前后各布置兩個水平長度為40m、孔徑Φ73mm的鉆孔。設計原則，所有鉆孔均平行于巷道沿煤層傾角鉆進，低孔距底板1m，距巷幫2.5m，高孔距底板2m，距巷幫3.5m。利用4寸鋼管聯(lián)網(wǎng)，建立臨時抽放系統(tǒng)，用移動泵將瓦斯抽放到9#煤采區(qū)回風巷內，用此方法來解決本掘進面的瓦斯超限問題。

抽放鉆孔施工工藝：鉆孔全部采用TXU-75型液壓鉆機施工， 65—75型鉆頭鉆進。采用聚胺脂封孔，長度為2m，保證嚴密不漏氣。

該面預計最大抽放混合量為35 m³/min，最大抽放純量為2.5 m³/min。管路直徑Φ226mm能滿足其要求。

管路系統(tǒng)計算：

據(jù)公式：  h_摩=dc×L×Q²/K×D⁵，Pa

式中  h_摩—瓦斯管的摩擦阻力，Pa；

      L—管路長度，m；

      Q—管內混合氣體流量，m³/h；

      dc—混合氣體對空氣的相對密度（1-0.00446C）；

      C—管內瓦斯?jié)舛龋?

      D—瓦斯管內徑，cm；

      K—系數(shù)。

h_摩=（1-0.00446×10）×1300×（35×60）²/0.71×22.6⁵

  =929.02mmH₂O=9.1Kpa

根據(jù)計算結果，我們選用BJW44YJ型水環(huán)式移動抽放泵，其參數(shù)如下：

移動泵站安裝與抽放情況：水環(huán)式移動抽放泵布置在9^#煤皮回二橫貫中，用∮226mm瓦斯管路為該面的瓦斯抽放管路，引至9^#煤采區(qū)回風巷排放，安裝位置見附圖，符合規(guī)程規(guī)定，具備獨立通風系統(tǒng)，抽放初期9個孔，平均抽放混合量為：17m³/min，平均負壓為33Kpa,平均抽放量為0.46m³/min，最高為0.58m³/min，解決了局扇因長距離供風不足，風排瓦斯量濃度增大的問題。

附圖1 ：9404掘進面抽放設計示意圖

    附圖 2 ：9404掘進面臨時抽放系統(tǒng)示意圖

三、結語

1、《煤礦安全規(guī)程》第一百四十五條第一款中規(guī)定，一個掘進工作面瓦斯涌出量大于3m³/min,用通風方法解決瓦斯問題不合理的，必須建立抽放瓦斯系統(tǒng)。其中不合理是指：風速超過4m/s；瓦斯?jié)舛瘸^1%。隨著現(xiàn)代化礦井的實現(xiàn)，掘進巷道斷面會逐漸增大，所以，使用通風方法解決掘進工作面瓦斯涌出量必須運用新技術、新設備，以增加工作面配風量，可采用大功率局扇，大直徑風筒，對旋雙風機雙電源。特別是對旋雙風機雙電源，可根據(jù)瓦斯涌出量調節(jié)局扇供風量，又能避免風速超限，應該大力推廣。

2、為了提高掘進工作面安全系數(shù)，局扇現(xiàn)在用專供電源和動力電源作為雙電源，動力電源為備用電源，能夠互相切換，避免工作面因停電而停風引起瓦斯積聚。目前井下各配電室都實現(xiàn)了雙回路供電，而掘進工作面局扇亦可推行專供雙電源，全面提升局扇運行可靠性，提高掘進工作的安全性。

3、超前預想，單一煤層掘進在銜接上盡可能計劃雙巷掘進，利用橫貫連通，形成獨立通風系統(tǒng)，局扇隨通風橫貫逐漸向前延伸，縮短了局扇供風距離，即使掘進工作面瓦斯涌出超過3m³/min，也可利用大功率局扇通風，在風速不超的情況下排出瓦斯。但是，使用大功率局扇加大工作面風量，必須加強掘進工作面防塵工作。

4、當掘進工作面瓦斯涌出量增大，建立瓦斯抽放系統(tǒng)解決瓦斯問題時，抽放鉆孔必須布置在掘進面兩側卸壓帶，即緊跟煤頭，在煤頭200米范圍內及時布置鉆孔，鉆孔可超前工作面，及時連接抽放管路進行抽放，才能有效發(fā)揮抽放作用，減少瓦斯風排量，降低掘進工作面風流瓦斯?jié)舛龋ＷC安全生產(chǎn)。同時應利用科技手段，提前測定掘進煤層的瓦斯透氣性和鉆孔抽放半徑，以便更好決定抽放方案。