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        長平礦1311工作面充填式“U”形通風(fēng)系統(tǒng)的應(yīng)用

        2021-06-29 08:57:26郎帥帥
        機械管理開發(fā) 2021年5期
        關(guān)鍵詞:長平上隅角風(fēng)量

        郎帥帥

        (山西晉能控股煤業(yè)集團晉城煤炭事業(yè)部安全環(huán)保部,山西 晉城 048006)

        引言

        煤炭生產(chǎn)過程中會因采動的影響而涌出大量瓦斯,通風(fēng)是解決工作面瓦斯涌出導(dǎo)致瓦斯超限的主要方法[1-2]。不同的通風(fēng)方式會產(chǎn)生不同的瓦斯治理效果,工作面的通風(fēng)方式主要有“Y”形、“W”形及“U”形等,“U”形通風(fēng)方式由于具有通風(fēng)巷道少、不經(jīng)過采空區(qū)等特點而被稱之為最穩(wěn)定可靠的一種方法[3-4]。雖然該方法對通風(fēng)系統(tǒng)較為穩(wěn)定,但也存在新鮮風(fēng)流從下隅角進入采空區(qū),將采空區(qū)中積聚的瓦斯帶入到工作面的弊端,會給上隅角瓦斯的治理帶來較大壓力。為有效解決工作面瓦斯問題,采用何種有效措施,既能緩解礦井的采掘銜接,又能解決礦井的通風(fēng)瓦斯需要,是亟待解決的一個問題。

        1 1310工作面概況

        長平礦位于山西高平市境內(nèi),年生產(chǎn)能力500萬t/年,礦井瓦斯絕對220.2 m3/min,屬高瓦斯礦井。1310回采工作面位于該礦第一盤區(qū),東部為1101回風(fēng)巷,1102皮帶巷,南部有1219巷以及正在開拓的1311工作面,西部是已經(jīng)回采過的采空區(qū),北部有1220巷以及1218巷,煤層評價厚度為4.85 m,傾角2°~5°,工作面長度為180 m。該工作面配風(fēng)量2 600 m3/min,絕對瓦斯涌出量35.03 m3/min。與該工作面相鄰的為1309工作面和1311工作面,工作面通風(fēng)方式示意圖見圖1所示。

        圖1 1310工作面通風(fēng)系統(tǒng)圖

        2 工作面充填實施背景及現(xiàn)狀分析

        2.1 實施背景

        長平礦在低瓦斯區(qū)綜放工作面原來使用“一進兩回”或“兩進一回”通風(fēng)系統(tǒng),但隨著長平礦產(chǎn)能的不斷提升,由于采掘銜接緊張造成綜放工作面無法施工三條巷道形成“一進兩回”或“兩進一回”通風(fēng)系統(tǒng)。為了緩解采掘銜接緊張的局面,通風(fēng)部決定在低瓦斯區(qū)域綜放工作面利用上隅角充填的方式實現(xiàn)“U”形通風(fēng)系統(tǒng)運行。

        2.2 現(xiàn)狀分析

        1311工作面回采初期,采用“一進兩回”通風(fēng)系統(tǒng),工作面配風(fēng)2 410 m3/min,13111巷回風(fēng)1 535 m3/min,采面回風(fēng)橫川回風(fēng)995 m3/min。生產(chǎn)時上隅角瓦斯最大0.32%。推過3號橫川160 m后,采空區(qū)后部垮落塌死,通風(fēng)系統(tǒng)成為“U”形,7月4日上隅角瓦斯開始增大,最大瓦斯達到0.94%,經(jīng)公司領(lǐng)導(dǎo)研究決定在13111巷采空區(qū)處即回風(fēng)上隅角實施充填注漿。

        3 “U”形通風(fēng)系統(tǒng)的充填

        3.1 充填原理

        采用泡沫發(fā)酵材料,成倍發(fā)泡。使用前,將泡沫發(fā)酵材料按比例與水在攪拌池內(nèi)混合,通過專用的注射泵、壓風(fēng),使兩種不同的發(fā)酵材料混合在一起,打入充填區(qū),即可實現(xiàn)充填效果。采用的發(fā)泡劑是多種成本相混合,采用注射槍和壓注發(fā)泡劑的高壓泵組成,高壓泵體內(nèi)實現(xiàn)質(zhì)量比為4∶1的催化劑和混合樹脂混合,充分混合均勻后會產(chǎn)生比自然狀態(tài)大55倍體積大小的泡沫劑所用材料參數(shù),見下頁表1、表2。該發(fā)泡劑具有的速凝效果,可在幾分鐘內(nèi)發(fā)生凝固硬化,硬化后的泡沫具有抗阻燃和抗靜電性能,高膨脹及較大強度的特性,能實現(xiàn)采空區(qū)與巷道空間隔絕,避免發(fā)生采空區(qū)瓦斯向采掘空間泄漏的現(xiàn)象。

        表1 充填材料的相關(guān)技術(shù)數(shù)據(jù)

        表2 充填材料聚合產(chǎn)品參數(shù)

        3.2 充填方案

        在老頂來壓完全跨落后開始充填,為了節(jié)省充填材料,在充填前要對上隅角懸頂區(qū)域進行退錨、放震動炮,等上隅角懸頂垮落一部分后,再對剩余空間進行充填。首次充填時由于處在半開放空間里,材料使用量較大。以后充填時在最后一排切眼柱上和支架旁掛L形塑料網(wǎng)加風(fēng)筒布形成封閉空間,體積控制在10 m3,隨著工作面每回一次最后一排切頂柱便進行一次充填,見圖2。

        圖2 充填布置示意圖

        4 充填式“U”形通風(fēng)系統(tǒng)的優(yōu)缺點分析

        充填工藝不僅可以減少地下開采對地面沉陷造成的危害,減輕井下巷道和工作面受采動的影響,便于頂板管理,有利于安全生產(chǎn)、改善巷道維護及運輸、通風(fēng)和瓦斯管理,而且對實現(xiàn)綠色開采、美化生態(tài)環(huán)境有重要意義。采空區(qū)充填已成為我國部分礦井進行采空區(qū)瓦斯治理的主要手段之一,其優(yōu)缺點主要有:

        優(yōu)點:實施效果好,完全避免了采空區(qū)瓦斯向上隅角泄漏的風(fēng)險;施工工藝簡單、便捷,可方便地在工作面檢修班時間進行作業(yè),不存在與采煤作業(yè)相沖突;人員勞動強度低,所需的作業(yè)人數(shù)少,僅需2~3人即可完成作業(yè)[5]。

        缺點:對工作面的風(fēng)量控制有一定的要求,要實現(xiàn)對采空區(qū)有效隔離,需要穩(wěn)定工作面的風(fēng)量,不能出現(xiàn)較大的風(fēng)量調(diào)整;頂板需要有一定的強度要求,在泡沫未凝固時,若頂板發(fā)生冒落,回風(fēng)隅角仍會出現(xiàn)空洞,且瞬間涌出的瓦斯將難以控制[6]。

        5 效益分析

        5.1 經(jīng)濟效益

        一進兩回:1311工作面順槽長1 200 m,共需要施工15個通風(fēng)橫川,每個橫川50 m,總共多施工巷道1 950 m,施工巷道成本為5 500元/m,總費用是1 072.5萬元。由于長平礦煤質(zhì)松軟,鄰近巷道受采動影響變形嚴重,在工作面回采過程中直至回采結(jié)束,每天需安排18人維護巷道,按每天施工6 m計算,維護巷道就需要200 d,每個人日工資按300元計算,18人維護巷道的費用就得108萬元。

        “U”形通風(fēng)系統(tǒng):采用充填式“U”形通風(fēng)系統(tǒng),在施工下一個采面順槽時,保護煤柱的間距可由原來的50 m縮短到30 m,可以增加產(chǎn)量154 400 t,按照晉城地區(qū)0.06萬元/t的煤價計算,可創(chuàng)造利潤9 264萬元;實行充填式“U”形通風(fēng)系統(tǒng),上隅角充填材料的費用是9 000元/m。1311工作面順槽長1 200 m,需要充填1 150 m(前50 m因老頂未完全垮落,所以不進行充填),充填費用1080萬元。充填式“U”形通風(fēng)比一進兩回通風(fēng)共可節(jié)省9364.5萬元。

        5.2 安全效益

        綜放工作面或一進兩回通風(fēng)系統(tǒng),上隅角至回風(fēng)橫川口屬于采空區(qū)通風(fēng),回風(fēng)通道維護困難,很容易出現(xiàn)瓦斯超限現(xiàn)象。若在低瓦斯區(qū)采用充填式“U”形通風(fēng)系統(tǒng),不存在上隅角,所以不存在瓦斯超限問題。

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