孔庄矿7354工作面上隅角瓦斯治理模式研究＊

王志亮 陈善文 上官昌培 肖海军

（1.华北科技学院安全工程学院，河北省三河市，065201；2.中煤集团大屯公司孔庄煤矿，江苏省徐州市，221611）

孔庄矿7354工作面上隅角瓦斯治理模式研究＊

王志亮1陈善文2上官昌培2肖海军2

（1.华北科技学院安全工程学院，河北省三河市，065201；2.中煤集团大屯公司孔庄煤矿，江苏省徐州市，221611）

分析了孔庄矿7354采煤工作面上隅角瓦斯治理的现状，依据相关标准，结合7354工作面隅角瓦斯涌出特性提出了3种瓦斯抽放方案，并分别对各抽放参数进行计算。按照技术可行、安全可靠的原则对方案进行优选。

上隅角 瓦斯积聚 移动式瓦斯抽放系统 方案优选

采煤工作面上隅角处在整个工作面采空区漏风的汇合处，漏风中往往携带大量的采空区瓦斯，而工作面的风流由于在U型通风上隅角位置处向回风巷转向，会在此处形成涡流，致使采空区涌出的大量高浓度瓦斯难以进入主风流中而汇聚于此，形成上隅角瓦斯集聚。上隅角集聚的瓦斯是煤矿重大危险源之一，及时有效地处理该区域积聚的瓦斯是日常瓦斯管理的重点。

1 孔庄矿7354工作面隅角瓦斯治理现状

7354综放工作面放煤期间存在上隅角切顶线区域积聚瓦斯隐患，为确保7354工作面瓦斯安全管理，孔庄煤矿专门下发了7354工作面瓦斯管理专项措施（屯能司孔〔2001〕169号）。目前，上隅角瓦斯治理措施是在7354工作面123＃支架上吊挂一套2 k W小通风机，通过ø400 mm风筒向上隅角供风，稀释上隅角瓦斯，在工作面上隅角往外60 m处安设一台2×2.2 k W的抽出式通风机，通过ø400 mm伸缩性负压风筒抽排上隅角瓦斯。7354综放工作面通风机布置见图1。

小型通风机未安装前，上隅角瓦斯浓度在0.7%左右，采空区瓦斯浓度1.8%左右。抽放通风机安装后，上隅角瓦斯浓度降为0.4%左右，采空区瓦斯浓度降为0.86%左右。说明采用两部通风机处理上隅角瓦斯取得了较好的效果，但通风机均位于工作面采场范围内，影响正常生产工作，同时工作面风流不稳定，该方式一般是临时处理瓦斯的措施。因此，有必要进一步研究治理上隅角瓦斯的其它处理方法。根据本矿瓦斯涌出现状和生产布局安排，经对各种隅角瓦斯治理方式对比分析后，确定采用井下移动式瓦斯抽放系统来处理工作面上隅角瓦斯问题。

图1 7354综放工作面隅角通风机布置图

2 上隅角瓦斯抽放量分析

由于7354工作面采用U型通风方式，采空区内的瓦斯主要通过上隅角涌出。根据现场实测，7354工作面原风量750 m3/min，安装两台小型通风机后风量增加到933 m3/min，抽出隅角的瓦斯浓度为0.4%，由此可得抽出式通风机的抽风量为183 m3/min，小型通风机安装后抽出的上隅角瓦斯量为0.732 m3/min。由于压入式通风机提高了隅角的绝对压力，抑制了采空区瓦斯的涌出，因此在采空区内尚有大量瓦斯存在。若采用移动式抽放系统，停止两台小型通风机运转后，上隅角处于负压状态，采空区内会涌出大量瓦斯，同时抽放支管能深入采空区内部，因此移动式抽放管路内的瓦斯浓度会有较大增加，预计在1.5%左右。按照小型通风机的抽风量和隅角自然瓦斯涌出浓度，则可计算出采用移动式泵站的瓦斯抽放量为1.28 m3/min，抽放管路中瓦斯混合抽放量为85.4 m3/min。

3 井下移动瓦斯抽放系统方案设计

依据煤矿井下瓦斯抽放泵站的有关规定，结合孔庄矿7354工作面生产现状，提出3套瓦斯抽放方案。

3.1 移动泵站安设位置

移动泵站安装地点应根据需要抽放瓦斯的区域而定。一般采用就近安装原则，但应安装在有新鲜风流的巷道中，安装地点不应堆放杂物，并能保证供水和排水方便；抽出的瓦斯可引排到地面、总回风巷、一翼回风巷或分区回风巷，但必须保证稀释后风流中的瓦斯浓度不超限。按照上述规定，结合7354工作面巷道布置实际情况，移动抽放泵站的安设位置见图2。

图2 7354工作面瓦斯抽放移动泵站安设位置图

3.2 方案比较

瓦斯抽放管径选择对抽放瓦斯系统的建设投资及抽放系统效果有很大影响。直径太大，投资费用增加；直径过细，管路阻力损失大。移动抽放系统管径选择依据隅角瓦斯抽放量和经济流速，并考虑一定的富余量来确定，目的为降低抽放管路阻力，加大抽放管口负压，提高抽放效果。

（1）方案一。抽放泵负压侧和正压侧均采用6寸管（ø150 mm），管路总长度500 m（抽气管400 m，压气管100 m）；混合抽放量85.4 m3/min；混合瓦斯对空气的密度比0.994，管径系数K为0.71。由此可计算出移动泵站抽放系统的各参数，入口侧管路摩擦阻力为189941 Pa，入口侧管路局部阻力为37988 Pa，出口侧管路摩擦阻力为47485 Pa，出口侧管路局部阻力为9497 Pa，抽放管网总阻力为284911 Pa，瓦斯抽放泵流量为128 m3/min，瓦斯抽放泵压力为356293 Pa。局部阻力取相应摩擦阻力的20%，抽放管路瓦斯浓度取1.5%，抽放系统入口负压为7000 Pa，抽放系统出口负压为5000 Pa，流量备用系数为1.2，压力备用系数为1.2，瓦斯泵抽放效率为0.8。

（2）方案二。按照7354工作面隅角瓦斯涌出实际情况，取抽放管路内混合气体经济流速1.5 m/s，计算可得所需管路内径为348 mm。其它参数同方案一，由此计算得出移动泵站抽放系统的各参数，入口侧管路摩擦阻力为2826 Pa，入口侧管路局部阻力为565 Pa，出口侧管路摩擦阻力为706 Pa，出口侧管路局部阻力为141 Pa，抽放管网总阻力为4328 Pa，瓦斯抽放泵流量为128 m3/min，瓦斯抽放泵压力为19594 Pa。

（3）方案三。由于7354工作面材料巷为回风巷，沿煤层底板布置，靠中上部铺设轨道。材料巷采用锚网支护，局部为锚架联合支护。梯形断面净宽4.2 m，净高2.4 m，断面积11.31 m2，主要用于该工作面的回风和运料。材料巷内布置直径3寸压风、供水、排水（注浆）三路管路及电缆、监测线等管线设备。由于回风巷担负工作面进料任务，巷道内管路及各种管线布置较多，采用内径为348 mm的抽放管路存在断面偏小，安装困难等问题，为此提出方案三，即移动抽放系统负压侧安装两条并联管路，内径均为150 mm，为减小回风侧阻力，回风段选用内径为348 mm的管路。由此进风段每条管路混合瓦斯量为42.7 m3/min；回风段管路混合瓦斯量为85.4 m3/min；进风段瓦斯抽放管内径为150 mm，回风段瓦斯抽放管内径为348 mm，其它参数同方案一，由此计算得出移动泵站抽放系统的各参数，入口侧管路摩擦阻力为47485 Pa，入口侧管路局部阻力为9497 Pa，出口侧管路摩擦阻力为706 Pa，出口侧管路局部阻力为141 Pa，抽放管网总阻力为57829 Pa，瓦斯抽放泵流量为128 m3/min，瓦斯抽放泵压力为83795 Pa。

3.3 方案优选

（1）方案一所需管径较小，安装方便，但计算得出的抽放泵压力太大，不可能选出合适的瓦斯抽放泵，因此技术上不可行。

（2）方案二抽放负压较小，富余量较大，能够满足异常状态下瓦斯抽放需求，同时对即将回采的7353工作面上隅角瓦斯抽放具有参考作用，但抽放管径较大，在巷道中铺设困难，目前工作面回风巷不具有实施条件。

（3）方案三泵站入风侧铺设两条内径为150 mm的管道，压风侧铺设一条内径为348 mm的管道，在流量备用系数取1.2，压力备用系数取1.2，瓦斯泵抽放效率取0.8的条件下，计算得出的抽放泵混合流量128 m3/min，抽放泵压力为83795 Pa，处于合理范围内，能够满足隅角瓦斯涌出的抽放要求，回风巷道也具备实施条件。

综合以上分析，孔庄矿采用方案三作为治理7354工作面隅角瓦斯涌出的技术措施。

4 结论

（1）采用局部通风机治理上隅角瓦斯能够取得较为明显的效果，但随工作面不断推进，通风机需随综采支架动态移动，造成风流不稳定；同时通风机处于工作面人员集中作业区域内，影响正常生产进度。因此该方式只适用于临时性处理上隅角瓦斯异常涌出，不能作为隅角瓦斯治理的常态技术措施。

（2）采用移动式瓦斯抽放系统后，隅角处风流由局部通风机压入式的正压变为抽出式负压，采空区瓦斯涌出量和瓦斯浓度必然增加，因此在设计抽放方案时必须考虑到这一特性。

（3）由于工作面回风巷断面较小，巷道内布置有各种管路和管线，若设计的瓦斯抽放管路太小，不能满足抽放需求，管路太大，又不具备布置条件，该状况下可并联布置两趟管路较小的瓦斯抽放管，即可满足瓦斯抽放要求，又不影响正常的回采作业。

（4）由于工作面隅角瓦斯涌出浓度较低，应在进风隅角处设置煤袋墙和风障方式，减少进入采空区的漏风，可提高回风隅角处的瓦斯抽放浓度。

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Research on gas control mode in upper corner at 7354 coal face of Kongzhuang Coal Mine

Wang Zhiliang1，Chen Shanwen1，Shangguan Changpei2，Xiao Haijun2
（1.Safety Engineering College of North China Institute of Science and Technology，Sanhe，Hebei 065201，China；2.Kongzhuang Coal Mine of Datun，Company，China Coal Group Co.，Ltd.，Xuzhou，Jiangsu 221611，China）

The current upper corner gas control on the 7354 coal working face in Kongzhuang Coal Mine was analyzed.The three kinds of gas drainage schemes were put forward and every drainage parameters were also calculated according to the relevant standards in combination with the gas emission characteristics.Besides，according to the principles of technical feasibility and safe reliability，the schemes were optimized and the third scheme was selected as the basic technical mode for the corner gas control at this coal face.

upper corner，gas accumulation，movable gas drainage system，scheme optimization

TD712

A

＊中央高校基本科研业务费资助（项目编号：AQ1201B）

王志亮（1971－），男，山西阳泉人，博士，副教授。研究方向为矿井通风与瓦斯防治。

（责任编辑 张艳华）