在工作面上隅角瓦斯治理中均压系统的建立

高廷瑞

(阳煤集团二矿, 山西 阳泉市 045000)

随着煤矿生产技术的提高,煤炭产量逐年增加,煤矿开采条件逐渐复杂,不少工作面出现了瓦斯及有害气体超限现象。某煤矿为治理3303工作面上隅角及回风巷瓦斯超限问题,采用了均压通风技术,本文针对均压系统的建立进行了研究,对准确治理瓦斯问题具有借鉴意义。

1 工程背景

某煤矿3＃煤层3303工作面从开切眼开始推进60 m左右时,出现上隅角瓦斯超限现象,其中工作面上隅角CH4含量为0.9%,CO2为2.2%,回风巷O2浓度15%。经过综合分析,最终矿方采用均压通风技术对上隅角瓦斯超限问题进行治理。

均压通风系统的设计具有多样性,主要是通过改变调节风窗、局部通风机、调压气室等设施相互组合来实现。8＃层工作面要求抑制采空区内瓦斯等有害气体涌向工作面,同时要求均压系统减少采空区漏风,保证工作面安全生产。通过文献检索、现场调研,最终选用如图1所示的采用局扇与调节风窗组成的均压通风系统。

2 均压通风系统构建

2.1 工作面需风量

(1)按工作面温度和风速,计算公式为：

式中,Qi为第i个工作面实际需要的风量,m3/min;Vi为第i个工作面风速,m/s(见表1);Si为第i个工作面的平均断面积,m2,估算为6 m2;Ki为第i个工作面面长调整系数,查表取1.1,计算得594 m3/min,即9.9 m3/s。

图1 综放工作面均压通风系统

表1 采煤工作面空气温度与合适风速对应

(2)按人数计算,公式为：

式中,Ni为第i个工作面同时最多工作人数,人;则Qi＝4×20＝80 m3/min。

(3)按瓦斯涌出量计算,公式为：

式中,q为工作面瓦斯绝对涌出量,m3/min;根据矿井瓦斯鉴定资料,取3.0 m3/min;Ki为备用风量系数,取1.5,代入式(3)得,452 m3/min,即7.5 m3/s。

(4)按巷道最低风速验算,Qi＝15×Si＝90 m3/min。

(5)按巷道最高风速进行验算,Qi＝240×Si＝1440 m3/min。

经计算,按工作面的气温和风速计算出的风量最大,结合煤矿生产实际,参考临近矿井配风数据,为保证采空区不产生大量漏风现象,回采工作面风量确定为9.9 m3/s,矿井实际生产过程中可根据瓦斯涌出和井下气温条件进行适当调整。

2.2 调节风窗面积

在回风巷设置一个矩形带拉板的窗口,其下设置自动闭锁风门,如图2所示。

图2 调节风窗

该煤业公司矿山通风采用机械抽出式负压通风,现场测试发现,井上下实际压差为450～1450 Pa。因此,只有保证均压区内风压高于均压区外的风压强度,且其压差值维持在450～1450 Pa之间,才能确保工作面采空区内的瓦斯及有害气体不会大量涌入工作面上隅角,造成威胁。

式中,Q为工作面风量,m3/s;Sw为回风巷断面面积,m2;hw为风门的阻力,Pa,即风门两侧连接的U型管的压差。

工作面需风量取594 m3/min,均压区内外压差取500 Pa,通过上式计算可得,本次研究设计的风窗面积为0.55 m2。

2.3 局部通风机选型

根据该矿井实际通风情况,同时考虑密闭墙处刮板输送机口及采空区的漏风量,确定局部通风机的吸风量必须大于894 m3/min,才能满足工作面通风要求。综上所述,本次研究工作面选用FBDNO－8－2×45 k W对旋局部通风机。

2.4 均压系统的布置

图3、图4为该煤矿均压通风系统布置,由图可知,均压系统布置主要是在运输顺槽口设置2道间距为5 m的密闭墙,并在其留设刮板机口上预埋2个铁风筒,同时安设风门。上文选型设计的局部通风机向回采工作面压风,使回采工作面形成正压通风方式。

在回风顺槽口上同样设置2道密闭墙,其上布置有风窗、风门和导气管。同时安设U型水柱计,监测密闭墙两侧的风压差。

图3 进风巷均压系统通风设施安装示意

图4 回风巷均压系统安装示意

若仍不满足通风要求,可以采用更换风量更大的局部通风机或减小风窗开口面积;如果增压值过大,则通过增大风门的通风面积,降低增压值。

2.5 均压系统的建立

均压设施构筑完成后,开始对3303工作面建立均压。风流稳定后测得风量为606 m3/min,上隅角CH4浓度为0.26%,CO2浓度为0.5%,O2浓度为19.7%。为保证本次研究均压通风系统具有稳定性、可靠性,对上隅角、回风流中的CH4、CO2及CO浓度进行24 h跟进监测,上隅角CH4浓度始终处于0.2%左右,CO2浓度始终处于0.5%以下;回风流中CH4、CO2浓度均稳定在0.1%左右。

启动均压通风系统后,减小了漏风通道两端的压差,明显降低了3＃煤层工作面有害气体的涌出速度,有效解决了工作面瓦斯及有害气体浓度较高的问题,在实际应用中取得良好的效果。

3 结 论

本文以某煤矿3303工作面发生瓦斯超限问题为研究背景,采用均压通风技术进行治理。通过理论计算及分析对比后,确定了均压系统相关参数、设备选型及系统布置方式,研究结论如下：

(1)根据降压减风的原则,回采工作面风量推荐为9.9 m3/s;设计风窗的面积为0.55 m2,宽为0.46 m,高为1.2 m,面积0～0.55 m2可调;选择FBDNO－8－2×45 k W对旋局部通风机。

(2)在理论研究的基础上,提出了工作面正压通风方式,并在回风侧的密闭墙上设置调节风窗,从而对工作面的风压进行实时调节。为了能够实时监测工作面的风压,在回风侧密闭墙安设U型水柱计,以便能够及时了解工作面的风压,从而通过调节风窗的大小控制工作面的风压。

(3)启动均压通风系统后,风流稳定后测得风量为606 m3/min,上隅角CH4浓度为0.26%,CO2浓度为0.5%,O2浓度为19.7%。3＃工作面有害气体的涌出问题得到了有效控制,取得了很好的效果。