综采工作面上隅角瓦斯治理技术措施.pdf

2020 年第 6 期2020 年 6 月 收稿日期2020-04-16 作者简介程晨，1989年生，男，山西长治人，2015年毕业于中 国矿业大学采矿工程专业，助理工程师。 综采工作面上隅角瓦斯治理技术措施 程晨 （ 潞安古城煤矿建设管理处，山西 长治 047105 ） 摘要 针对 N1303 综采工作面在前期回采过程中上隅角平均瓦斯体积分数达 1.2，经常出现上隅角瓦斯超限断电的 情况，古城煤矿通风区经过技术研究，对 N1303 综采工作面上隅角瓦斯超限原因进行分析，并通过合理调整风量，安装 挡风帘、Z 形风障和风流自动引射系统，设置排瓦斯巷等联合措施进行上隅角瓦斯排除。通过实际应用，采取措施后， N1303 综采工作面在后期回采过程中上隅角平均瓦斯体积分数降低至 0.5以下，保证了综采工作面的安全回采，取得了 显著应用成效。 关键词 综采工作面；瓦斯治理；上隅角 中图分类号 TD712.7文献标识码 A文章编号 2095-0802-202006-0017-02 Technical Measures for Gas Control in Upper Corner of Fully Mechanized Mining Face CHENG Chen Construction Management Office of Gucheng Coal Mine, Luan Mining Group, Changzhi 047105, Shanxi, China Abstract In view of the fact that the average gas volume fraction in the upper corner of N1303 fully mechanized mining face in the early mining process is up to 1.2, which often leads to the situation that the gas in the upper corner is out of limit and the power is cut off, after technical research, Ventilation Area of Gucheng Coal Mine analyzed the cause of gas overrun in the upper corner of N1303 fully mechanized mining face, and combined measures such as reasonable adjustment of air volume, installation of wind curtain, Z-shaped wind barrier and automatic air flow ejector system, and setting of gas drainage lane were taken to remove gas in the upper corner. Through practical application, after taking measures, the average gas volume fraction the upper corner of N1303 fully mechanized mining face is reduced to less than 0.5 in the later mining process, ensuring the safe mining of the fully mechanized mining face and achieving remarkable application results. Key words fully mechanized mining face; gas control; upper corner （总第 177 期） 能源研究 煤矿综采工作面在回采过程中受回采工艺、通风 方式、采空区管理水平等影响，工作面上隅角出现瓦 斯积聚现象，导致工作面经常因上隅角瓦斯超限引发 断电事故，不仅加大了上隅角瓦斯治理难度，降低了 工作面回采速度，而且很容易发生瓦斯爆炸事故，威 胁工作面的安全生产[1]。所以，在回采期间，综采工作 面必须采取合理、有效的上隅角瓦斯治理措施，减少 上隅角瓦斯积聚现象。本文以古城煤矿 N1303 综采工 作面为例，对工作面回采期间上隅角瓦斯超限原因进 行分析，并采取有效的上隅角瓦斯防积聚措施。 1概述 潞安古城煤矿 N1303 综采工作面设计走向长度为 1 420 m，倾向长度为 185 m，工作面回采 3煤层，平 均厚度为 6.32 m，平均倾角为 2毅，工作面采用综合机 械化低位放顶煤回采工艺，采用 U 型通风方式，截至 目前工作面已回采 440 m。 在前期回采过程中，N1303 综采工作面受回采工 艺、通风方式以及采空区漏风等影响，上隅角共计发 生 8 次瓦斯超限情况，瓦斯体积分数最高达 2.3，平 均瓦斯体积分数为 1.2，造成工作面断电 5 次，工作 面被迫停产 37 h，经济损失达 1.27伊106元多，严重影 响工作面的安全高效回采。为了解决这一技术难题，通 风区经过技术研究，对造成上隅角瓦斯超限的情况进行 合理分析，并采取有效的技术措施。 2上隅角瓦斯超限原因分析 2.1上隅角处内外压差 综采工作面任何位置都存在动压、静压和位压 3 种 压力，它们形成的全压始终影响着工作面巷道内风流的 流动方向和速度，导致上隅角内风流流动速度慢、流动 方向不规律，形成紊乱风流[2]，而且在风压作用下，导 致采空区内分散的瓦斯集中向上隅角方向运动，从而 造成瓦斯超限现象。 2.2风流运动状态 N1303 综采工作面采用 U 型通风方式，上隅角处 无风流引导装置，当风流进入上隅角时，形成斡旋风流 且很难及时被排除，出现窝风现象，致使瓦斯积聚。 2.3回采面漏风 由于端头支架与巷帮接触不严实，未安装风流阻挡 装置，在综采工作面通风过程中部分风流从支架与巷帮 间隙处进入采空区，采空区内瓦斯在漏风风压作用下， 向尾巷移动并在上隅角处积聚。 2.4回采工艺的影响 N1303 综采工作面采用低位放顶煤回采工艺，工作 17 2020 年第 6 期2020 年 6 月 能源知识 面回采后顶煤裂隙发育且富含高浓度瓦斯[3]，这是导致 上隅角瓦斯积聚的重要原因之一。 3上隅角瓦斯综合治理措施 3.1合理调整风量 综采工作面在回采期间应合理调整供风量，如果 通过增加上隅角的风量来降低浓度，会增加采空区与 上隅角的压差，不仅不能解决上隅角瓦斯积聚问题， 还会增加采空区的漏风量。通过对 N1303 综采工作面 风量的合理计算，确定将原来的风量由 2 872 m3/min 降低至 2 400 m3/min，可减少采空区漏风量，而且满足 工作面的通风需求。 3.2安装挡风帘 在综采工作面上隅角前方 3.0 m 处安装一道挡风帘， 挡风帘用风筒布制成。安装挡风帘后，将工作面风流引 至上隅角处，通过增加上隅角的风量来降低瓦斯浓度。 3.3安装 Z 形风障 为了减少端头处风流进入采空区，在端头支架前方 安装一道 Z 形风障，风障长度为 16 m，高度为 3.0 m， 两边长度为 3.0 m，风障一端与端头支架顶梁固定，另 一端与运输顺槽巷帮固定。该风障既阻挡了端头处风 流进入采空区[4]，又起到了工作面风流引导的作用。 3.4安设风流自动引射系统 为了防止上隅角出现瓦斯积聚现象，可在综采工作 面安装风流自动引射系统。该系统主要由地面监控系统、 工业局域网、信号交换站、PLC 集中控制器、联锁开关、 风流引射器和瓦斯监测装置等部分组成，如图 1 所示。 1、2、3.按键编号。 图 1综采工作面上隅角风流自动引射系统结构示意图 综采工作面回采期间，当上隅角瓦斯的体积分数 达 1.0时，瓦斯监测器及时将监测数据上传至 PLC 控 制器，控制器经过分析处理后立即将“开启”指令发 送至联锁开关，联锁开关接收指令后为安装在距上隅 角 20 m 处的风流引射器供电，风流引射器供电后通过 柔性风筒为上隅角供风，排除瓦斯。 排除瓦斯一段时间后，上隅角瓦斯的体积分数低 于设定值时 （0.5 ），瓦斯监测器再次将收集数据上 传至 PLC 控制器，控制器对联锁开关发出“断开”指 令，联锁开关接收到指令后断开风流引射器电源，风 流引射器停止工作。 3.5设置瓦斯尾巷 当综采工作面瓦斯涌出浓度大时，可在与回风巷 间隔 10 m 处再施工一条专用排瓦斯巷，排瓦斯巷与尾 巷之间每隔 50 m 施工一条联络巷。回采期间，工作面 采用“UL”型通风方式，利用自然风压作用排除上隅 角瓦斯，可有效降低上隅角瓦斯积聚现象发生的概率[5]。 设置瓦斯尾巷的主要优点是，利用工作面自然通 风即可排除上隅角的瓦斯，排瓦斯效果好，设备投入 少，适用于高瓦斯、煤与瓦斯突出工作面；缺点是需 沿空留巷，沿空留巷的支护难度大。 4结语 2018 年 8 月 25 日，古城煤矿通风区对 N1303 综采 工作面上隅角采取联合防瓦斯积聚措施，截至 2019 年 3 月，工作面已回采到位。经过实际应用，通过观察发 现，采取联合措施后，N1303 综采工作面在回采后期共 计发生 2 次瓦斯超限现象，最大瓦斯积聚体积分数为 1.3，平均瓦斯体积分数降低至 0.5以下，未发生一 次瓦斯超限断电现象，提高了工作面的经济效益，达 9.0伊105元多，保证了工作面的安全、高效生产，取得 了显著的应用成效。 参考文献 ［1］ 余晓旭.冯家塔 1406 工作面上隅角瓦斯异常防治研究 ［J］ .内 蒙古煤炭经济， 201917 53-55. ［2］ 郭晶飞.综采工作面上隅角瓦斯治理技术 ［J］ .水力采煤与管 道运输， 20193 20-21. ［3］ 孙长江.综采面上隅角瓦斯治理技术研究 ［J］ .能源技术与管 理， 20193 55-58. ［4］ 任振兴.综采工作面上隅角瓦斯抽采技术研究 ［J］ .能源与节 能， 20192 133-135. ［5］ 陈秀田.俯采工作面上隅角瓦斯治理技术优化研究 ［J］ .煤炭 技术， 201811 203-206. 责任编辑白洁 远程监 控系统 地面 井下 地面 井下 工业局域网 PLC控制柜 联锁开关 地面信号交换站 井下信号交换站 显示器 123 工作面上隅角 80 A 风流引射器 瓦斯监测装置 5 kW 煤成气 煤成气又称煤型气、 煤系气， 指成煤环境下形成的沉 积物 （含煤建造及亚含煤建造） 在煤化作用过程中热成因 形成的天然气。主要包括 a 含煤地层中煤、 碳质页岩、 油页岩、含有机质的泥岩产生的天然气； b 含煤地层中 的腐殖型有机质及腐殖-腐泥型、腐泥型有机质产生的 天然气； c 既有煤变质产生的气，也含有含煤地层中生 成的液态烃变质形成的气。一般认为在泥炭化阶段形成 的烃类气体属于生物成因， 称为细菌气， 不包括在煤成气 之内。煤成气是由聚集有机质在成煤作用过程中逐渐煤 化或演化产生的。从煤化作用阶段、方式和甲烷生成机 理考虑， 煤成气的生气机制有生物成因和热成因两种。 18