夏店矿综放工作面回风隅角瓦斯治理技术实践

王　力，王建伟

（神木县隆德矿业有限责任公司，陕西　榆林　719302）

夏店矿综放工作面回风隅角瓦斯治理技术实践

王力，王建伟

（神木县隆德矿业有限责任公司，陕西榆林719302）

摘要回风隅角是采空区漏风的出口，由于携带瓦斯漏风的汇集，经常出现瓦斯超限现象。结合潞安集团夏店矿3111工作面实际情况，采用了改造现有抽排风机进风口、倾向风障法、回风隅角风帘堵漏、引导风流法等技术措施。针对措施使用前后各个基础参数的取值，采用Fluent软件对回风隅角瓦斯浓度分布进行数值模拟，得出治理前后的对比效果。结果表明，瓦斯综合治理措施有效降低了采空区瓦斯向工作面的异常涌出，为工作面和回风隅角瓦斯治理开辟了新途径。

关键词综放工作面；回风隅角；瓦斯治理；措施；数值模拟；对比效果

潞安集团夏店矿属于低瓦斯矿井，随着矿井向深部延伸，煤层中瓦斯含量逐渐增大，相对瓦斯涌出呈上升趋势，对矿井安全高效生产造成严重威胁。夏店矿回采工作面均采用“U”型全风压通风，在回采过程中，回风隅角（上隅角）瓦斯浓度传感器时常发生超限报警现象，严重影响正常生产及工作人员生命安全。回风隅角在工作面采空区的漏风交汇处，是工作面风流盲区，最容易形成瓦斯积聚区，如果处理不当，必将存在很大安全隐患甚至造成重大事故［1－3］，因此，上隅角瓦斯综合治理是采煤工作面瓦斯治理的重点，对矿井安全生产具有重要的意义。

1　矿井概况

夏店煤矿位于山西省襄垣县境内，隶属于潞安集团慈林山煤业公司。目前，主采煤层为3＃煤层，厚度为4．10～7．06 m，平均5．93 m。下部常含夹矸1层，局部2～3层，夹矸厚一般0～0．20 m，岩性为泥岩或砂质泥岩。井田内3＃煤层埋深80～600 m，属结构简单、稳定可采的厚煤层。矿井设计生产能力1．8 Mt／年，采用斜井—立井综合开拓方式，现有3个井筒：主斜井、副立井和回风斜井。井田采用单水平（＋770 m水平）开拓，划分为5个采区，新增1个综放工作面开采三一采区，矿井采用混合式通风方式，机械抽出式通风方法。采煤工作面采用“U”型全风压通风，掘进工作面所需风量由局部通风机对其进行机械压入式供给。根据历年来矿井瓦斯等级鉴定批复结果，该矿井为低瓦斯矿井。但随着开采深度的加大，瓦斯涌出量逐渐增加，回采工作面最高绝对瓦斯涌出量达11 m3／min，在不超过规程规定风速条件下，对工作面风量进行调整后，在生产过程中回采工作面回风隅角仍然存在瓦斯超限现象，严重影响了矿井的安全生产。通过对矿井3＃煤层进行瓦斯基础参数测定及涌出量预测，采取一系列回风隅角瓦斯治理措施。

2　回风隅角瓦斯治理技术实践

2．1改造现有抽排风机进口

工作面抽排风机进风口为普通刚性伸缩性风筒，由空气流动力学可知，当抽排风机开始工作时，进风口附近形成负压，采空区内部瓦斯由于负压作用产生动力，向风筒口移动，而风筒口有效断面直径为400 mm左右，并不能将由采空区涌出的混合空气全部吸入风机，有部分含较高浓度瓦斯的空气流由于速度惯性作用，反而容易涌向隅角，如果密闭风帘上部堵不严，就容易导致隅角瓦斯超限。

2．2倾向风障法

了解回采工作面回风隅角瓦斯的来源，是制定有效处理措施的重要依据［4－5］。夏店矿的回采工作面采用U型通风系统，下隅角向采空区漏风，风流流向采空区，采空区内遗煤中涌出的瓦斯在漏风风流的带动作用下在回风隅角汇合积聚［6］，回风隅角瓦斯浓度分布状况见图1。

图1　回采工作面风流等瓦斯浓度线分布图

倾向风障法是通过减少向采空区漏风的方式，沿回采工作面倾斜长度方向设置1道风幛，即从回采工作面下端的进风巷下帮开始向上布置1个倾向风幛，减少甚至防止向采空区漏风，使风流基本上都由回采工作面通过，从而有效地阻止采空区的瓦斯向回风隅角涌出积聚。回风隅角瓦斯浓度与倾向风幛吊挂长度呈反比例关系，具体关系式为：

1／C＝0．818 8－4．609 6／L（1）式中：

C—为瓦斯浓度；

L—为倾向风幛吊挂长度，m。

瓦斯浓度随风幛长度变化曲线见图2。

图2　瓦斯浓度随风幛长度变化趋势图

因此，在3＃煤层3111工作面进风隅角开始，沿着工作面倾斜长度方向紧贴液压支架柱子，用风筒布布置20 m风幛。

2．3引导风流法

引导风流法的实质是将新鲜风流引入瓦斯积聚的地点，把回风隅角处局部的瓦斯冲淡并带走［7］。风帘的材料可用木板、帆布或风筒布等制作。因此，在3111工作面回风隅角设置导风帘，从倒数第三个液压支架开始，导风帘悬挂在液压支架的前排柱子上，使得工作面的一部分风量从前后柱子之间通过，导风所引风流正对隅角，打破隅角原本瓦斯涡流状态，使得空气流动起来，带走瓦斯。但是由于隅角靠顶板部位高于架子，所以，隅角顶板部位瓦斯流动并不明显，同时，由于下部空气流动，负压作用使得密闭挡风帘上部漏风更容易流向隅角顶板部位，所以，采用改置导风帘出口，增加一块导风板，使得架子所导风流一部分通过隅角上部，冲淡瓦斯。但此法由于移架时候每次都要重新吊挂风帘，风帘容易拉扯损坏，给工作人员带来了不便。

2．4充填置换法（构筑密闭）

充填置换法是对采空区回风隅角的孔隙进行充填，将积聚瓦斯的空间用不燃性固体物质充填严密，使瓦斯没有积聚的空间，见图3。

图3　充填置换法排放瓦斯图

一般情况下可采用强制放顶，采用人工或机械方式卸掉锚杆托盘，拔出锚杆，使回风隅角上方的顶板完全垮落，并充填一部分不燃固体材料，断开沟通采空区的风流通道并消除瓦斯积聚空间。

因此，回风隅角紧贴顶板，从倒数第二个架子后面开始悬挂密闭挡风帘，挡风帘下部用矸石压实，减少漏风。同时在倒数第二架子侧面布置一块挡风帘，用于减少在移架过程中的漏风。

2．5均压法

均压法［8］治理回风隅角瓦斯的实质是调整采煤工作面巷道内压差分布，从而降低进回风顺槽的压差，实现减少向采空区漏风的目的。调整压差分布一般利用风窗、风机等调压装置。《煤矿安全规程规定》在突出矿井中严禁在回风顺槽采用安装风门、风窗等压差调节措施，这是因为突出煤层一旦发生瓦斯爆炸事故，所产生的高温高压气流会逆流向进风巷，使受灾面积扩大。夏店矿属于低瓦斯矿井，自建矿以来从未发生过突出现象，周围临近矿井也未发生过突出，故认为夏店矿回风顺槽内可以采取安设调节风窗的措施，从而达到均压治理回风隅角瓦斯的效果。

根据工作面的实际情况，通过对3111工作面周围邻近巷道的调查分析，采用调节风窗调压可以满足要求，见图4。

图4　均压施工示意图

3　治理前后回风隅角效果分析

结合3111工作面实际情况，采用了改造现有抽排风机进风口、倾向风障法、回风隅角风帘堵漏、引导风流法等技术措施，有效降低了采空区瓦斯向工作面的异常涌出，对工作面和回风隅角瓦斯治理取得一定效果。结合措施使用前后各个基础参数的取值，采用Fluent软件直观地展现了治理前后的对比效果，见图5。

图5　治理前后回风隅角瓦斯浓度分布云图

通过提取瓦斯浓度为0．8%的临界面，分析治理前后隅角瓦斯超限区域，见图6。

提取回风隅角区域在水平和垂直方向上瓦斯浓度分布点图，见图7。

图6　治理前后回风隅角瓦斯浓度超限临界面图

图7　治理前后回风隅角瓦斯浓度分布图

4　结　论

治理后回风隅角浓度有所降低，整个0．8%临界面往采空区方向后移，回风隅角在水平和竖直方向上瓦斯浓度得到有效降低。

由此可见，采取以上综合措施，有效地治理了工作面回风隅角的瓦斯浓度超限问题，保证了矿井的安全高效生产。

参考文献

［1］于不凡．煤矿瓦斯灾害防治及利用技术手册［M］．北京：煤炭工业出版社，2000：25－27．

［2］袁亮．松软低透煤层群瓦斯抽采理论与技术［M］．北京：煤炭工业出版社，2004：161－163．

［3］尹经梅，张寿利，王衍生．淄博矿区采煤工作面回风隅角瓦斯治理技术［J］．煤炭科学技术，2003，33（3）：6－8．

［4］薛景明．采煤工作面上隅角瓦斯治理技术［J］．煤矿安全，2011，42（2）：27－29．

［5］许振宏，曾繁平．济宁二号煤矿23下00综放面回风隅角瓦斯治理［J］．矿业安全与环保，2001，28（6）：76－79．

［6］翟智强．综放工作面回风隅角瓦斯治理分析［J］．煤，2008，17（1）：30－31．

［7］贾光胜，尹斌．综放工作面瓦斯治理的探索与实践［J］．煤矿开采，2006，11（6）：86－87．

［8］吴刚．采煤工作面瓦斯治理技术研究［J］．煤炭科技，2008，27（6）：99－100．

中图分类号：TD712

文献标识码：B

文章编号：1672－0652（2014）01－0019－04

收稿日期：2013－11－07

作者简介：王力（1973—），男，江苏徐州人，2011年毕业于安徽理工大学，助理工程师，主要从事矿井通风与安全工作（E－mail）wuhaolou5618＠163．com

Practice of Gas Control Technology in Upper Corner of Fully Mechanized Caving Face in Xiadian Coal Mine

Wang Li，Wang Jian－wei

AbstractAir return corner is export of gob air leakage，the leakage bring gas together here，so in upper corner often appear gas overrun phenomenon．Combines with the practical situation of3111 working face in Xiadian coal mine of Lu＇an group，by using the transformation of the existing pumping exhaust fan inlet，inclined wind break method，return corner air curtain blocking，guide the airflow method and other technical measures．Using Fluent software carries out numerical simulate to the gas concentration distribute of upper corner before and after using measures，concluded the contrast effect before and after the management．The results showed that the comprehensive gas control measures effectively，reduced the goaf gas rush into working face，for the working face and upper corner gas control open a new way．

Key wordsFully mechanized caving face；Upper corner；Gas control；Measures；Numerical modeling；Contrast effect