龔占亮(霍州煤電集團(tuán)紫晟煤業(yè)有限責(zé)任公司， 山西 臨汾 031400)

1 前言

隨著煤礦采掘機(jī)械化程度及管理水平的不斷提高，煤礦發(fā)生瓦斯事故已大幅下降[1]。但統(tǒng)計(jì)近幾年發(fā)生的瓦斯事故不難發(fā)現(xiàn)，多數(shù)事故均發(fā)生在采掘工作面[2-3]。U型通風(fēng)工作面上隅角特別容易瓦斯積聚，達(dá)到瓦斯爆炸界限或造成上隅角處氧氣濃度降低，給采煤工作開展帶來不利影響[4-6]。本文以紫晟煤業(yè)2-101工作面為工程研究背景，結(jié)合工作面上隅角瓦斯治理效果研究了工作面配風(fēng)、綜采支架布置等對(duì)上隅角瓦斯涌出的影響，確定最佳管控措施，為紫晟煤業(yè)及相似條件的礦井瓦斯治理提供參考。

2 工程概況

紫晟煤業(yè)產(chǎn)能為90萬t/a，為低瓦斯礦井，開采2號(hào)煤層，相對(duì)、絕對(duì)瓦斯涌出量為1.26m3/t、1.93m3/min。2-101工作面為該礦首個(gè)綜采工作面，工作面走向長(zhǎng)775m，傾向長(zhǎng)度為168m，埋藏深度為430～482m，上下部均無采空區(qū)。2號(hào)煤厚3.5～4m，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，傾角為1°～5°，平均3°。具體頂?shù)装鍘r性如圖1所示。

3 上隅角瓦斯超限原因分析

(1) 2-101工作面為U型通風(fēng)，在回風(fēng)巷與采空區(qū)間存在風(fēng)壓差，上隅角正好處于采空區(qū)瓦斯向回風(fēng)巷運(yùn)移的通道上，容易出現(xiàn)瓦斯集聚，從而造成上隅角瓦斯超限[7]。同時(shí)支架距幫較近，瓦斯排放通道不暢通也是瓦斯積聚的一個(gè)原因。

圖1 頂?shù)装鍘r性

(2) 2號(hào)煤層頂板板巖性較為堅(jiān)硬，在回采過程中頂板容易出現(xiàn)垮落不及時(shí)，從而造成在上隅角位置處形成瓦斯集聚。隨著工作面開采，頂板巖層垮落出現(xiàn)周期來壓，上隅角處集聚的瓦斯向開采空間大量涌出，造成瓦斯超限。

(3) 在2號(hào)煤層上方有9m位置處有厚度在0.35m煤層，煤層隨著2-101工作面開采而垮落，內(nèi)層含有的瓦斯解析沿著開采裂隙向2號(hào)煤層采空區(qū)涌出，采空區(qū)漏風(fēng)又將涌入瓦斯帶出到工作面上隅角位置。

4 上隅角瓦斯措施

由于2-101工作面開采的2號(hào)煤層為低瓦斯煤層，根據(jù)上隅角瓦斯集聚原因，礦井決定采取調(diào)節(jié)風(fēng)量以及增設(shè)瓦斯稀釋器方式對(duì)上隅角瓦斯進(jìn)行治理。

4.1 調(diào)節(jié)風(fēng)量

2-101工作面投入生產(chǎn)時(shí)的初始配風(fēng)量為1 000m3/min，工作面內(nèi)、回風(fēng)流中瓦斯?jié)舛葹?.51%、 0.29%。工作面初次、周期來壓步距來壓步距為23m、13～15m，初次來壓是上隅角瓦斯異常達(dá)到報(bào)警值，初步判斷工作面為上行通風(fēng)，工作面割煤期間及采空區(qū)積聚的瓦斯風(fēng)排不暢，在上隅角處聚集，采取增大風(fēng)量靠風(fēng)排解決上隅角瓦斯。

將工作面配風(fēng)增加260m3/min，實(shí)際將工作面風(fēng)量調(diào)整至1 260m3/min，同時(shí)在上隅角采用風(fēng)水聯(lián)動(dòng)水幕灑水噴霧、負(fù)壓瓦斯稀釋器配合負(fù)壓風(fēng)筒導(dǎo)風(fēng)等措施，將上隅角瓦斯?jié)舛确€(wěn)定在0.5%左右，工作面0.35%，回風(fēng)流濃度0.28%，但是在工作面回撤末排封口柱和拉移端頭架期間，上隅角瓦斯出現(xiàn)異常，達(dá)到0.8%的報(bào)警值，此時(shí)工作面推進(jìn)至93m(正值工作面周期來壓期間)，上隅角瓦斯穩(wěn)定在0.7%～0.9%。為了確保采面生產(chǎn)安全，將風(fēng)量調(diào)節(jié)至2 300m3/min同時(shí)對(duì)工作面進(jìn)行調(diào)斜，調(diào)整上隅角處端頭支架距幫距離，形成采空區(qū)瓦斯釋放通道；并在上隅角處安裝了抽出式稀釋器(風(fēng)提供動(dòng)力形成二次負(fù)壓將上隅角瓦斯抽出至2-101工作面回風(fēng)巷道中)配合一節(jié)伸縮風(fēng)筒，設(shè)置了上隅角噴霧(目的是將上隅角的瓦斯打散)，此時(shí)工作面、上隅角以及回風(fēng)流中瓦斯?jié)舛葹?.22%、0.35%、0.18%。

工作面內(nèi)瓦斯?jié)舛日：髮L(fēng)量調(diào)節(jié)至1 500m3/min時(shí)工作面內(nèi)、上隅角以及回風(fēng)流內(nèi)瓦斯?jié)舛确謩e為0.13%、0.21%、0.14%；將風(fēng)量調(diào)整至1 900m3/min，工作面內(nèi)、上隅角及回風(fēng)巷內(nèi)瓦斯?jié)舛确謩e為0.09%、0.20%、 0.06%。具體不同風(fēng)量下采面、上隅角以及回風(fēng)巷內(nèi)的瓦斯?jié)舛茸兓闆r見表1。

表1 不同風(fēng)量下的瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測(cè)值

通過調(diào)節(jié)風(fēng)量并對(duì)回采工作面內(nèi)不同位置處瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測(cè)分析得知，將工作面風(fēng)量調(diào)節(jié)至1 500m3/min，并結(jié)合瓦斯稀釋器、上隅角噴霧等措施，可以確?；夭晒ぷ髅鎯?nèi)瓦斯?jié)舛忍幱诎踩珷顟B(tài)。

4.2 布置瓦斯稀釋器

1)工作原理

瓦斯稀釋器具有可靠、效率高等優(yōu)點(diǎn)，適宜井下局部區(qū)域內(nèi)的瓦斯稀釋，基本原理是基于“孔達(dá)效應(yīng)”并以空氣為動(dòng)能在稀釋器兩側(cè)產(chǎn)生壓力差，通過管路對(duì)局部區(qū)域內(nèi)集聚的瓦斯進(jìn)行稀釋[8-10]。具體采用的瓦斯稀釋器結(jié)構(gòu)如圖2所示，技術(shù)參數(shù)見表2。

圖2 瓦斯稀釋器結(jié)構(gòu)

表2 技術(shù)參數(shù)

2) 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

2-101工作面初采期間底部局部留有底煤，最大采高為4.0m，實(shí)際煤層局部厚度為4.2m，在工作面回風(fēng)巷安裝一臺(tái)風(fēng)動(dòng)抽出式瓦斯稀釋器，安設(shè)一趟長(zhǎng)度10m、直徑600mm的負(fù)壓伸縮風(fēng)筒，風(fēng)筒口伸入上隅角封口柱往里0.2～0.4m，同時(shí)在上隅角采用風(fēng)水聯(lián)動(dòng)水幕噴霧；并將上隅角處支架調(diào)整至距幫1.2m左右(因?yàn)橐粋€(gè)支架寬度為1.5m，防止出現(xiàn)空頂作業(yè))，綜合措施才能保證上隅角瓦斯不超限。具體布置的瓦斯稀釋器如圖3所示。

圖3 瓦斯稀釋器布置示意圖

4.3 強(qiáng)化采面瓦斯監(jiān)測(cè)

在工作面上隅角位置處布置T0甲烷傳感器，在回風(fēng)巷內(nèi)布置T1、T2傳感器，布置的傳感器垂直倒立與巷道頂板上且與頂板(頂梁)最大間距控制在300mm以內(nèi)，與巷幫間距離大于200mm。具體在采面內(nèi)布置甲烷傳感器位置如圖4所示。

圖4 工作面內(nèi)甲烷傳感器布置示意圖

為了及時(shí)對(duì)瓦斯進(jìn)行預(yù)警，將T0、T1及T2預(yù)警值分別設(shè)置為0.8%、0.8%、0.5%，當(dāng)監(jiān)測(cè)到瓦斯超過預(yù)警值后，工作面必須停止生產(chǎn)，采取瓦斯控制措施后方可繼續(xù)進(jìn)行生產(chǎn)。

5 上隅角瓦斯治理效果

圖5所示為2-201綜采工作面風(fēng)量調(diào)整為1 500m3/min以及安裝瓦斯稀釋器前后的上隅角瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測(cè)情況，從圖中可以看出，在未采取上隅角瓦斯治理措施前，上隅角處瓦斯?jié)舛茸畲罂梢赃_(dá)到1.31%，采取上隅角瓦斯治理措施后，瓦斯?jié)舛鹊靡?/p>

圖5 上隅角瓦斯?jié)舛茸兓闆r

迅速降低，基本穩(wěn)定在0.3%，上隅角處瓦斯?jié)舛冉档头冗_(dá)75%以上。現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用實(shí)踐表明，采取增加工作面通風(fēng)量并結(jié)合瓦斯稀釋器可以有效對(duì)低瓦斯煤層上隅角瓦斯集聚進(jìn)行治理，并取得顯著效果，有效確保工作面生產(chǎn)安全。

6 結(jié)論

(1) 根據(jù)2-201綜采工作面上隅角瓦斯集聚原因，提出采取增加工作面風(fēng)量以及增設(shè)瓦斯稀釋器等措施對(duì)上隅角瓦斯集聚進(jìn)行治理，并合理確定了工作面供風(fēng)量。采取上隅角瓦斯治理措施后，上隅角瓦斯?jié)舛冉档头葹?5%以上，濃度基本穩(wěn)定在0.3%。

(2) 瓦斯稀釋器具有可靠、效率高優(yōu)點(diǎn)，且以壓縮空氣為動(dòng)力，不會(huì)出現(xiàn)機(jī)電事故，在井下局部區(qū)域瓦斯集聚治理具有廣泛的推廣應(yīng)用價(jià)值。