關(guān)于召開第六屆山西省煤炭總工程師論壇暨山西省煤炭安全綠色智能開采論壇的通知

淺談開元公司9404進(jìn)風(fēng)掘進(jìn)瓦斯治理辦法

                                                開元公司通風(fēng)部   薛關(guān)軍

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

關(guān)鍵詞   掘進(jìn)工作面  瓦斯治理  加大風(fēng)量  本煤層抽放  方法

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

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(yù)留煤柱，南為9405設(shè)計(jì)面，北部西側(cè)為放馬溝村預(yù)留煤柱，東側(cè)為未設(shè)計(jì)面。

2、賦存情況：

該面煤層賦存穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)復(fù)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(zhì)構(gòu)造及工作面頂?shù)装迩闆r：

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

該面直接頂為細(xì)砂巖，厚度為0.95m。老頂為粉砂巖，厚度為8.62m。直接底為砂質(zhì)泥巖，厚度為1.38m。老底為砂質(zhì)砂巖，厚度為5.93m。

二、掘進(jìn)工作面瓦斯涌出情況及對策：

1、掘進(jìn)工作面施工組織情況：9404進(jìn)風(fēng)順槽采用矩形斷面施工，掘進(jìn)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(jī)配合SPJ—800皮帶運(yùn)輸機(jī)運(yùn)煤的掘進(jìn)方式。采用錨桿、錨索、金屬網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)。頂幫錨桿呈矩形布置。托頂煤掘進(jìn)時(shí),采用錨索、金屬網(wǎng)、M型鋼帶聯(lián)合支護(hù),頂板支護(hù)使用ф15.24的7股低松弛鋼絞線。

2、掘進(jìn)工作面局部通風(fēng)情況：每個(gè)獨(dú)立通風(fēng)的掘進(jìn)工作面實(shí)際需要的風(fēng)量，應(yīng)按瓦斯或二氧化碳等有害氣體涌出量、炸藥用量、局部通風(fēng)機(jī)實(shí)際吸風(fēng)量、風(fēng)速和人數(shù)等規(guī)定要求分別進(jìn)行計(jì)算，并必須采取其中最大值。

按瓦斯涌出量計(jì)算：

    Ｑ_掘面＝100×q_掘×Ｋ_掘通

        ＝100×2×1.6

        ＝ 320m³／min

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

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

按炸藥量計(jì)算

Ｑ_掘＝25×A m³／min

   ＝25×14.4 m³／min

   ＝360 m³／min

式中：A ——掘進(jìn)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(fēng)量，m³／min；

按人數(shù)計(jì)算：

Ｑ_掘＝4×Ｎ m³／min

＝4×34 m³／min

＝ 136 m³／min

式中：Ｎ——掘進(jìn)工作面同時(shí)工作的最多人數(shù) ，34人；

              4—— 每人供給的最小風(fēng)量，m³／min。

按局部通風(fēng)機(jī)實(shí)際吸風(fēng)量計(jì)算

Ｑ_掘=∑Q_局＋9× S 

=320＋15×12 m³／min

= 500m³／min；

式中：Q_掘 ——掘進(jìn)工作面全負(fù)壓供風(fēng)量, m³／min；

∑Q_局 —同時(shí)為該工作面供風(fēng)的各局部通風(fēng)機(jī)的實(shí)際吸風(fēng)量之和，320 m³／min（該工作面使用一臺2×30kw風(fēng)機(jī)供風(fēng)）

S ——局部通風(fēng)機(jī)安裝地點(diǎn)到回風(fēng)口間的巷道斷面積，12m²；

15——局部通風(fēng)機(jī)安裝地點(diǎn)到掘進(jìn)工作面回風(fēng)口間的風(fēng)速 15m／min；

根據(jù)以上計(jì)算該工作面的配風(fēng)量為500 m³／min。

按風(fēng)速進(jìn)行驗(yàn)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(jìn)工作面的風(fēng)量, 500  m³／min；

      V₁ ——最低允許風(fēng)速，本工作面為 15m／min；

V₂——最高允許風(fēng)速，本工作面為 240 m／min ；

S ——掘進(jìn)工作面的凈斷面積，12m³；

根據(jù)以上驗(yàn)算該工作面配風(fēng)量500 m³／min符合風(fēng)速規(guī)定。如在掘進(jìn)過程中發(fā)現(xiàn)瓦斯涌出量，及時(shí)更換局扇，調(diào)節(jié)風(fēng)量。

對照局扇技術(shù)特征，給掘進(jìn)工作面配備一臺FBSN06.3/30×2型“雙風(fēng)機(jī)雙電源”，采用壓入式通風(fēng)。使用ф800mm柔性膠布風(fēng)筒導(dǎo)風(fēng)。

局扇主要技術(shù)特征見下表

3、掘進(jìn)工作面瓦斯涌出情況及采取的對策。

當(dāng)掘進(jìn)工作面掘進(jìn)距離為350米時(shí)，工作面瓦斯涌出量增大，瓦斯超限頻繁，嚴(yán)重影響生產(chǎn)，當(dāng)時(shí)瓦斯調(diào)查情況為：正常送風(fēng)情況下（煤頭風(fēng)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(nèi)瓦斯?jié)舛葹?.3%—0.5%；100—200m范圍內(nèi)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(shí)間可達(dá)兩小時(shí)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(fēng)機(jī)雙電源”換為FBSN07.5/45×2型“雙風(fēng)機(jī)雙電源”，煤頭風(fēng)量達(dá)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(dāng)工作面掘至580米時(shí)，煤頭風(fēng)量降為260m³/min，而掘進(jìn)工作面瓦斯涌出增大至4m³/min，炮后瓦斯可達(dá)6m³/min，瓦斯再次頻繁超限，制約掘進(jìn)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(gè)掘進(jìn)面供風(fēng)，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(yùn)行，供風(fēng)量最大可達(dá)650m³/min，以解決瓦斯超限問題。

當(dāng)工作面掘進(jìn)至760米時(shí)，煤頭風(fēng)量降至230m³/min，兩局扇吸風(fēng)量為490m³/min，而工作面瓦斯量經(jīng)過調(diào)查為5m³/min，鑒于該工作面以上通風(fēng)瓦斯現(xiàn)狀，而受生產(chǎn)銜接、礦井風(fēng)量和主扇能力等客觀因素的限制，無法采用增加風(fēng)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(jìn)行了分析，（爆破松動裂隙圈）該掘進(jìn)面巷道四周在掘進(jìn)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(jìn)到120米左右時(shí)，方可找到一個(gè)臨時(shí)平衡，但隨著時(shí)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(nèi)臨時(shí)平衡的瓦斯進(jìn)行重新平衡，使瓦斯涌出量在掘進(jìn)工作面隨距離的增加而增加，但當(dāng)工作面超過860米時(shí)，揭露時(shí)間長達(dá)7-8個(gè)月時(shí)，基本可視為巷幫瓦斯已經(jīng)達(dá)到一個(gè)完全的平衡。

根據(jù)以上分析，我們決定在掘進(jìn)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(jìn)面內(nèi)每100米，在巷道兩幫各布置一個(gè)鉆場，鉆場深5m，寬4m，高3m，第一個(gè)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(gè)鉆場前后各布置兩個(gè)水平長度為40m、孔徑Φ73mm的鉆孔。設(shè)計(jì)原則，所有鉆孔均平行于巷道沿煤層傾角鉆進(jìn)，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(shí)抽放系統(tǒng)，用移動泵將瓦斯抽放到9#煤采區(qū)回風(fēng)巷內(nèi)，用此方法來解決本掘進(jìn)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(jī)施工， 65—75型鉆頭鉆進(jìn)。采用聚胺脂封孔，長度為2m，保證嚴(yán)密不漏氣。

該面預(yù)計(jì)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(jì)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(nèi)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(nèi)瓦斯?jié)舛龋?

      D—瓦斯管內(nèi)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(jì)算結(jié)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(fēng)巷排放，安裝位置見附圖，符合規(guī)程規(guī)定，具備獨(dú)立通風(fēng)系統(tǒng)，抽放初期9個(gè)孔，平均抽放混合量為：17m³/min，平均負(fù)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(fēng)不足，風(fēng)排瓦斯量濃度增大的問題。

附圖1 ：9404掘進(jìn)面抽放設(shè)計(jì)示意圖

    附圖 2 ：9404掘進(jìn)面臨時(shí)抽放系統(tǒng)示意圖

三、結(jié)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(gè)掘進(jìn)工作面瓦斯涌出量大于3m³/min,用通風(fēng)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(fēng)速超過4m/s；瓦斯?jié)舛瘸^1%。隨著現(xiàn)代化礦井的實(shí)現(xiàn)，掘進(jìn)巷道斷面會逐漸增大，所以，使用通風(fēng)方法解決掘進(jìn)工作面瓦斯涌出量必須運(yùn)用新技術(shù)、新設(shè)備，以增加工作面配風(fēng)量，可采用大功率局扇，大直徑風(fēng)筒，對旋雙風(fēng)機(jī)雙電源。特別是對旋雙風(fēng)機(jī)雙電源，可根據(jù)瓦斯涌出量調(diào)節(jié)局扇供風(fēng)量，又能避免風(fēng)速超限，應(yīng)該大力推廣。

2、為了提高掘進(jìn)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(fēng)引起瓦斯積聚。目前井下各配電室都實(shí)現(xiàn)了雙回路供電，而掘進(jìn)工作面局扇亦可推行專供雙電源，全面提升局扇運(yùn)行可靠性，提高掘進(jìn)工作的安全性。

3、超前預(yù)想，單一煤層掘進(jìn)在銜接上盡可能計(jì)劃雙巷掘進(jìn)，利用橫貫連通，形成獨(dú)立通風(fēng)系統(tǒng)，局扇隨通風(fēng)橫貫逐漸向前延伸，縮短了局扇供風(fēng)距離，即使掘進(jìn)工作面瓦斯涌出超過3m³/min，也可利用大功率局扇通風(fēng)，在風(fēng)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(fēng)量，必須加強(qiáng)掘進(jìn)工作面防塵工作。

4、當(dāng)掘進(jìn)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(shí)，抽放鉆孔必須布置在掘進(jìn)面兩側(cè)卸壓帶，即緊跟煤頭，在煤頭200米范圍內(nèi)及時(shí)布置鉆孔，鉆孔可超前工作面，及時(shí)連接抽放管路進(jìn)行抽放，才能有效發(fā)揮抽放作用，減少瓦斯風(fēng)排量，降低掘進(jìn)工作面風(fēng)流瓦斯?jié)舛?，保證安全生產(chǎn)。同時(shí)應(yīng)利用科技手段，提前測定掘進(jìn)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。