低瓦斯矿井U型通风综采工作面上隅角瓦斯治理研究应用1

低瓦斯矿井U型通风综采工作面上隅角瓦斯治理研究应用龚占亮1李郭镜民2秦俊杰3（霍州煤电集团紫晟煤业有限责任公司031400）概况：霍州煤电集团紫晟煤业有限责任公司井田位于霍州市辛置镇西南约2.0km处北益昌村，行政隶属于霍州市辛置镇管辖，井田地理坐标为：东经111°41′42″—111°43′37″，北纬36°27′39″—36°29′32″井田北距霍州市6km，距霍州-侯马一级公路1.5km，距108国道0.5km，距离南同蒲铁路辛置站1.5km，交通十分便利，2-101综采工作面是矿井首个采煤工作面，进回风两巷沿2#煤层走向布置，2-101进风巷长775m，回风巷长738m，巷宽均为4.5m，巷高均为3.5m；工作面沿煤层倾向布置，长168.7m，工作面于2018年10月25日圈出，12月18日进行初采，2019年1月5日上隅角瓦斯涌出出现异常。Survey:ZishengCoalIndustryCo.,Ltd.ofHuozhouCoalandElectricityGroupislocatedinBeiyichangVillage,about2.0kmsouthwestofXinzhiTown,HuozhouCity.ItsadministrationisunderthejurisdictionofXinzhiTown,HuozhouCity.Itsgeographiccoordinatesareeastlongitude111°41′42″—111°43′37″,northlatitude36°27′39″—36°29′32″.Theminefieldis6kmnorthofHuozhouCity,1.5kmnorthofHuozhou-HoumaFirst-ClassHighway,0.5kmnorthof108NationalHighwayand1.5kmsouthofXinzhiStationofTongpuRailway.2-101fullymechanizedminingfaceisthefirstcoalminingfaceinthemine.ThetwoentryandreturnairlanesarearrangedalongthedirectionofNo.2coalseam.Thelengthof2-101airinletlaneis775m,thelengthofreturnairlaneis738m,thewidthofthelaneis4.5m,andtheheightofthelaneis3.5M.OnJanuary5,abnormalgasemissionoccurredintheuppercorner.关键词：低瓦斯U型通风上隅角Keywords:uppercorneroflowgasU-typeventilation1.工作面基本情况1.1工作面煤层及两巷参数紫晟煤业2#煤层自燃倾向性等级为Ⅱ级，属自燃煤层，最短自然发火期为102天，自然发火期范围102-206天；根据2018年度矿井瓦斯等级鉴定报告，紫晟煤业为低瓦斯矿井，矿井绝对2#煤层瓦斯绝对涌出量为0.88m³/min，相对涌出量0.42m³/t；2-101进风巷顶板井下标高为110-140m，2-101回风巷顶板井下标高114-151m两巷标高如图1-1所示图1-11.2工作面采煤机及支架选型工作面采用单一走向长壁后退式综合机械化采煤法采煤，沿2#顶底板推进，一次采全高，全部垮落法管理顶板，工作面选用MG300/700-WD双滚筒采煤机落煤、装煤，使用ZY6000-19/40型液压支架移架支护顶板。工作面煤厚3.5-4.2m，工作面采用MG300/700-WD型双滚筒采煤机，平均采高为3.5m，最大采高3.7m。1.3工作面地质构造情况地质构造序号构造编号倾向（°）倾角（°）落差性质揭露位置1F37186458.0正断层2-1011巷3#点前72m2F38186391.7正断层2-1011巷9#点前2m3F39227506.0正断层2-1011巷11#点前22m4F40209451.5正断层2-1011巷11#点前14m5F41183604.0正断层2-1012巷8#点前11m6F42191500.7正断层2-1011巷13#点前27m7F43189700.9正断层2-1011巷13#点前42m表1-1图1-22.工作面上隅角瓦斯涌出异常情况分析2.1采空区瓦斯产生原因2-101综采工作面使用ZY6000-19/40型液压支架移架支护顶板，工作面煤层局部厚3.5-4.2m，采煤机最大采高3.7m，局部无法做到采全高，采空区遗留局部30-50mm底煤释放游离状态的瓦斯。2.2上隅角瓦斯较大原因分析根据工作面顶底板实测数据，2-101进风巷顶板井下标高为110-140m，2-101回风巷顶板井下标高为114-150m，2-101综采工作面属于仰采上行通风，瓦斯密度较小，工作面割煤产生的瓦斯和采空区瓦斯容易积聚在上隅角。2.3上隅角瓦斯涌出异常分析1、工作面煤层整体为缓倾斜单斜简单构造。2、工作面断层以SE-NW走向为主。3、陷落柱：工作面无陷落柱揭露。根据工作面回采期间顶板垮落变化情况，工作面初次来压步距为24m，周期来压部距为15-20m，工作面推进至顶板周期性来压位置时，采空区瓦斯涌出，造成工作面上隅角瓦斯浓度忽然增高。2.4上隅角瓦斯积聚原因分析U型通风工作面风流在上隅角处直角拐弯,上隅角为涡流区，瓦斯难以随风流冲淡，且工作面支架布置不合理，2-101工作面共布置116#，上隅角处116#支架距帮仅0.2米，上隅角没有瓦斯释放通道，造成瓦斯积聚。2.5工作面瓦斯涌出量分析2-101工作面初期风量为1200m3/min,工作面回风流瓦斯浓度为0.25%-0.3%，工作面每分钟排瓦斯量为38m³-3.6m³。工作面风量调整为2300m3/min后，回风流瓦斯浓度为0.12%-0.15%，工作面每分钟排瓦斯量为2.768m³-3.458m³。证明该工作面瓦斯相对及绝对涌出量无变化。3.工作面上隅角瓦斯治理措施3.1采用搭设导风帘的方式稀释上隅角瓦斯2-101工作面于2018年10月25日施工完成，12月18日进行初采，2019年1月5日监控系统显示工作面上隅角瓦斯浓度为0.9%，此时工作面风量为1380m3/min，在机尾处悬挂挡风帘导风措施后（如图3-1）上隅角瓦斯浓度降为0.65%左右，但当采煤机割至机尾时，必须拆除挡风帘，此时工作面上隅角瓦斯不易控制。图3-13.2利用自然压差导风稀释上隅角瓦斯在上隅角吊挂负压风筒一趟长度为15米（图3-2），负压风筒伸入封口柱以里，采用负压导风原理稀释上隅角瓦斯，使用后上隅角瓦斯值为0.35-0.6%，风筒出口处瓦斯浓度0.45—0.7%，但采用自然风压稀释瓦斯受到工作面自然风压影响较大，数值波动较大。图3-23.3使用瓦斯稀释器稀释上隅角瓦斯3.3.1使用风动稀释器稀释上隅角瓦斯使用专利产品D-80型瓦斯稀释器，（D-80工作参数：压风风量：0.6-1.50m3/min，进气量：80mm，引射风量≥57.00m3/min，（如图3-3）），上隅角瓦斯基本稳定在0.5%左右。但此方式也存在明显缺点由于该瓦斯稀释器为出风，瓦斯稀释器风流方向与工作面风流方向相反，造成风流相互抵触，瓦斯局部积聚至工作面临架附近，造成机尾临架5-10架支架间瓦斯浓度升高，根据每班瓦检员实测115#支架瓦斯浓度基本为0.5%,114#架瓦斯浓度0.35%，113#支架瓦斯浓度0.3%。1月23日0点班，工作面上隅角瓦斯报警，报警值1.00%图3-33.3.2反向使用瓦斯稀释器尝试将D-80瓦斯稀释器反向安装，瓦斯稀释器由出风改为吸风，但由于该瓦斯稀释器功率较小，稀释器吸风量仅为30-40m3/min，工作面上隅角瓦斯浓度为0.65%左右，浓度仍然偏高。3.4反向使用SDT-380型大功率瓦斯稀释器为进一步控制上隅角瓦斯，从2019年1月27日开始工作面开始试用功率较大的SDT-380引射式瓦斯稀释器（工作风量：3.30-8.60m3/min,隐射风量：225-380m3/min，外形尺寸：370*1180mm）在实际使用过程中为防止引射器出口风向与工作面风向相抵，将此稀释器反向安装，改为抽出式使用，外接一趟长度10m，直径600mm的负压伸缩风筒，风筒口伸入切顶线往里（靠近采空区侧）配合稀释器使用。稀释器出口风量基本稳定在出口风量115-165m³/min。稀释器出口瓦斯浓度0.4%，上隅角瓦斯浓度为0.13-0.28%。工作面瓦斯浓度最大值0.06%，回风流瓦斯浓度最大值0.1%。图3-44.结论与建议4.1在工作面设计支架选型时必须选择与工作面煤层相匹配的支架及采煤机，要求一次采全高，工作面不得留底煤，在工作面支架的布置上进回风两巷隅角支架距帮必须留有1.2-1.5m宽的瓦斯释放通道，杜绝出现涡流区，致使瓦斯积聚。4.2巷道布置时必须在进回风两巷施工独立的回风系统，便于工作面圈定后能调整进回风巷道布置，优先考虑采用下行通风。4.3进回风巷道施工期间必须认真收集相关瓦斯涌出资料，科学预测采煤工作面瓦斯涌出量，根据瓦斯涌出量并结合采煤工作面“自燃三带划分”合理配风，既保证风量能稀释瓦斯又能保证采空区安全。4.4对所开采的煤层进行化验分析，鉴定出煤层中含有的气体成分，确认在不同条件下的气体指标成分，做到解决问题所采取措施的安全性，不至引发新的问题。参考文献：[1]郭继圣.厚煤层工作面煤壁瓦斯放散规律模拟研究[J].煤矿安全，2016,47(6)：24-28[2]张国枢.通风安全学[M].徐州：中国矿业大学出版社，2000[3]俞起香.矿井瓦斯抽放[M].徐州：中国矿业大学出版社，1992[4]严利.煤矿瓦斯治理与利用总体方案实用手册[M].吉林音像出版社.2005[5]汪吉林,李仁东,姜波.构造应力场对煤与瓦斯突出的控制作用[J].煤矿科学技术.2008,36(6):403-406[6]王尔望,尹晓文,钟建勇,浅谈杉林煤矿煤矿回采工作面上隅角瓦斯治理措施[J].江西煤炭科技，2011(6):104-105[7]李红波,煤矿回采工作面上隅角瓦斯治理技术[J].科技展望,2015（10）;60[8]杨盛炜,龙祖根,浅谈煤矿改造治理上隅角瓦斯技术应用[J],能源与环境,2012(2):97-98