王　力，王建偉

（神木縣隆德礦業(yè)有限責(zé)任公司，陜西　榆林　719302）

夏店礦綜放工作面回風(fēng)隅角瓦斯治理技術(shù)實踐

王力，王建偉

（神木縣隆德礦業(yè)有限責(zé)任公司，陜西榆林719302）

摘要回風(fēng)隅角是采空區(qū)漏風(fēng)的出口，由于攜帶瓦斯漏風(fēng)的匯集，經(jīng)常出現(xiàn)瓦斯超限現(xiàn)象。結(jié)合潞安集團夏店礦3111工作面實際情況，采用了改造現(xiàn)有抽排風(fēng)機進風(fēng)口、傾向風(fēng)障法、回風(fēng)隅角風(fēng)簾堵漏、引導(dǎo)風(fēng)流法等技術(shù)措施。針對措施使用前后各個基礎(chǔ)參數(shù)的取值，采用Fluent軟件對回風(fēng)隅角瓦斯?jié)舛确植歼M行數(shù)值模擬，得出治理前后的對比效果。結(jié)果表明，瓦斯綜合治理措施有效降低了采空區(qū)瓦斯向工作面的異常涌出，為工作面和回風(fēng)隅角瓦斯治理開辟了新途徑。

關(guān)鍵詞綜放工作面；回風(fēng)隅角；瓦斯治理；措施；數(shù)值模擬；對比效果

潞安集團夏店礦屬于低瓦斯礦井，隨著礦井向深部延伸，煤層中瓦斯含量逐漸增大，相對瓦斯涌出呈上升趨勢，對礦井安全高效生產(chǎn)造成嚴(yán)重威脅。夏店礦回采工作面均采用“U”型全風(fēng)壓通風(fēng)，在回采過程中，回風(fēng)隅角（上隅角）瓦斯?jié)舛葌鞲衅鲿r常發(fā)生超限報警現(xiàn)象，嚴(yán)重影響正常生產(chǎn)及工作人員生命安全?；仫L(fēng)隅角在工作面采空區(qū)的漏風(fēng)交匯處，是工作面風(fēng)流盲區(qū)，最容易形成瓦斯積聚區(qū)，如果處理不當(dāng)，必將存在很大安全隱患甚至造成重大事故［1－3］，因此，上隅角瓦斯綜合治理是采煤工作面瓦斯治理的重點，對礦井安全生產(chǎn)具有重要的意義。

1　礦井概況

夏店煤礦位于山西省襄垣縣境內(nèi)，隸屬于潞安集團慈林山煤業(yè)公司。目前，主采煤層為3＃煤層，厚度為4．10～7．06 m，平均5．93 m。下部常含夾矸1層，局部2～3層，夾矸厚一般0～0．20 m，巖性為泥巖或砂質(zhì)泥巖。井田內(nèi)3＃煤層埋深80～600 m，屬結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定可采的厚煤層。礦井設(shè)計生產(chǎn)能力1．8 Mt／年，采用斜井—立井綜合開拓方式，現(xiàn)有3個井筒：主斜井、副立井和回風(fēng)斜井。井田采用單水平（＋770 m水平）開拓，劃分為5個采區(qū)，新增1個綜放工作面開采三一采區(qū)，礦井采用混合式通風(fēng)方式，機械抽出式通風(fēng)方法。采煤工作面采用“U”型全風(fēng)壓通風(fēng)，掘進工作面所需風(fēng)量由局部通風(fēng)機對其進行機械壓入式供給。根據(jù)歷年來礦井瓦斯等級鑒定批復(fù)結(jié)果，該礦井為低瓦斯礦井。但隨著開采深度的加大，瓦斯涌出量逐漸增加，回采工作面最高絕對瓦斯涌出量達11 m3／min，在不超過規(guī)程規(guī)定風(fēng)速條件下，對工作面風(fēng)量進行調(diào)整后，在生產(chǎn)過程中回采工作面回風(fēng)隅角仍然存在瓦斯超限現(xiàn)象，嚴(yán)重影響了礦井的安全生產(chǎn)。通過對礦井3＃煤層進行瓦斯基礎(chǔ)參數(shù)測定及涌出量預(yù)測，采取一系列回風(fēng)隅角瓦斯治理措施。

2　回風(fēng)隅角瓦斯治理技術(shù)實踐

2．1改造現(xiàn)有抽排風(fēng)機進口

工作面抽排風(fēng)機進風(fēng)口為普通剛性伸縮性風(fēng)筒，由空氣流動力學(xué)可知，當(dāng)抽排風(fēng)機開始工作時，進風(fēng)口附近形成負壓，采空區(qū)內(nèi)部瓦斯由于負壓作用產(chǎn)生動力，向風(fēng)筒口移動，而風(fēng)筒口有效斷面直徑為400 mm左右，并不能將由采空區(qū)涌出的混合空氣全部吸入風(fēng)機，有部分含較高濃度瓦斯的空氣流由于速度慣性作用，反而容易涌向隅角，如果密閉風(fēng)簾上部堵不嚴(yán)，就容易導(dǎo)致隅角瓦斯超限。

2．2傾向風(fēng)障法

了解回采工作面回風(fēng)隅角瓦斯的來源，是制定有效處理措施的重要依據(jù)［4－5］。夏店礦的回采工作面采用U型通風(fēng)系統(tǒng)，下隅角向采空區(qū)漏風(fēng)，風(fēng)流流向采空區(qū)，采空區(qū)內(nèi)遺煤中涌出的瓦斯在漏風(fēng)風(fēng)流的帶動作用下在回風(fēng)隅角匯合積聚［6］，回風(fēng)隅角瓦斯?jié)舛确植紶顩r見圖1。

圖1　回采工作面風(fēng)流等瓦斯?jié)舛染€分布圖

傾向風(fēng)障法是通過減少向采空區(qū)漏風(fēng)的方式，沿回采工作面傾斜長度方向設(shè)置1道風(fēng)幛，即從回采工作面下端的進風(fēng)巷下幫開始向上布置1個傾向風(fēng)幛，減少甚至防止向采空區(qū)漏風(fēng)，使風(fēng)流基本上都由回采工作面通過，從而有效地阻止采空區(qū)的瓦斯向回風(fēng)隅角涌出積聚?；仫L(fēng)隅角瓦斯?jié)舛扰c傾向風(fēng)幛吊掛長度呈反比例關(guān)系，具體關(guān)系式為：

1／C＝0．818 8－4．609 6／L（1）式中：

C—為瓦斯?jié)舛龋?/p>

L—為傾向風(fēng)幛吊掛長度，m。

瓦斯?jié)舛入S風(fēng)幛長度變化曲線見圖2。

圖2　瓦斯?jié)舛入S風(fēng)幛長度變化趨勢圖

因此，在3＃煤層3111工作面進風(fēng)隅角開始，沿著工作面傾斜長度方向緊貼液壓支架柱子，用風(fēng)筒布布置20 m風(fēng)幛。

2．3引導(dǎo)風(fēng)流法

引導(dǎo)風(fēng)流法的實質(zhì)是將新鮮風(fēng)流引入瓦斯積聚的地點，把回風(fēng)隅角處局部的瓦斯沖淡并帶走［7］。風(fēng)簾的材料可用木板、帆布或風(fēng)筒布等制作。因此，在3111工作面回風(fēng)隅角設(shè)置導(dǎo)風(fēng)簾，從倒數(shù)第三個液壓支架開始，導(dǎo)風(fēng)簾懸掛在液壓支架的前排柱子上，使得工作面的一部分風(fēng)量從前后柱子之間通過，導(dǎo)風(fēng)所引風(fēng)流正對隅角，打破隅角原本瓦斯渦流狀態(tài)，使得空氣流動起來，帶走瓦斯。但是由于隅角靠頂板部位高于架子，所以，隅角頂板部位瓦斯流動并不明顯，同時，由于下部空氣流動，負壓作用使得密閉擋風(fēng)簾上部漏風(fēng)更容易流向隅角頂板部位，所以，采用改置導(dǎo)風(fēng)簾出口，增加一塊導(dǎo)風(fēng)板，使得架子所導(dǎo)風(fēng)流一部分通過隅角上部，沖淡瓦斯。但此法由于移架時候每次都要重新吊掛風(fēng)簾，風(fēng)簾容易拉扯損壞，給工作人員帶來了不便。

2．4充填置換法（構(gòu)筑密閉）

充填置換法是對采空區(qū)回風(fēng)隅角的孔隙進行充填，將積聚瓦斯的空間用不燃性固體物質(zhì)充填嚴(yán)密，使瓦斯沒有積聚的空間，見圖3。

圖3　充填置換法排放瓦斯圖

一般情況下可采用強制放頂，采用人工或機械方式卸掉錨桿托盤，拔出錨桿，使回風(fēng)隅角上方的頂板完全垮落，并充填一部分不燃固體材料，斷開溝通采空區(qū)的風(fēng)流通道并消除瓦斯積聚空間。

因此，回風(fēng)隅角緊貼頂板，從倒數(shù)第二個架子后面開始懸掛密閉擋風(fēng)簾，擋風(fēng)簾下部用矸石壓實，減少漏風(fēng)。同時在倒數(shù)第二架子側(cè)面布置一塊擋風(fēng)簾，用于減少在移架過程中的漏風(fēng)。

2．5均壓法

均壓法［8］治理回風(fēng)隅角瓦斯的實質(zhì)是調(diào)整采煤工作面巷道內(nèi)壓差分布，從而降低進回風(fēng)順槽的壓差，實現(xiàn)減少向采空區(qū)漏風(fēng)的目的。調(diào)整壓差分布一般利用風(fēng)窗、風(fēng)機等調(diào)壓裝置?！睹旱V安全規(guī)程規(guī)定》在突出礦井中嚴(yán)禁在回風(fēng)順槽采用安裝風(fēng)門、風(fēng)窗等壓差調(diào)節(jié)措施，這是因為突出煤層一旦發(fā)生瓦斯爆炸事故，所產(chǎn)生的高溫高壓氣流會逆流向進風(fēng)巷，使受災(zāi)面積擴大。夏店礦屬于低瓦斯礦井，自建礦以來從未發(fā)生過突出現(xiàn)象，周圍臨近礦井也未發(fā)生過突出，故認為夏店礦回風(fēng)順槽內(nèi)可以采取安設(shè)調(diào)節(jié)風(fēng)窗的措施，從而達到均壓治理回風(fēng)隅角瓦斯的效果。

根據(jù)工作面的實際情況，通過對3111工作面周圍鄰近巷道的調(diào)查分析，采用調(diào)節(jié)風(fēng)窗調(diào)壓可以滿足要求，見圖4。

圖4　均壓施工示意圖

3　治理前后回風(fēng)隅角效果分析

結(jié)合3111工作面實際情況，采用了改造現(xiàn)有抽排風(fēng)機進風(fēng)口、傾向風(fēng)障法、回風(fēng)隅角風(fēng)簾堵漏、引導(dǎo)風(fēng)流法等技術(shù)措施，有效降低了采空區(qū)瓦斯向工作面的異常涌出，對工作面和回風(fēng)隅角瓦斯治理取得一定效果。結(jié)合措施使用前后各個基礎(chǔ)參數(shù)的取值，采用Fluent軟件直觀地展現(xiàn)了治理前后的對比效果，見圖5。

圖5　治理前后回風(fēng)隅角瓦斯?jié)舛确植荚茍D

通過提取瓦斯?jié)舛葹?．8%的臨界面，分析治理前后隅角瓦斯超限區(qū)域，見圖6。

提取回風(fēng)隅角區(qū)域在水平和垂直方向上瓦斯?jié)舛确植键c圖，見圖7。

圖6　治理前后回風(fēng)隅角瓦斯?jié)舛瘸夼R界面圖

圖7　治理前后回風(fēng)隅角瓦斯?jié)舛确植紙D

4　結(jié)　論

治理后回風(fēng)隅角濃度有所降低，整個0．8%臨界面往采空區(qū)方向后移，回風(fēng)隅角在水平和豎直方向上瓦斯?jié)舛鹊玫接行Ы档汀?/p>

由此可見，采取以上綜合措施，有效地治理了工作面回風(fēng)隅角的瓦斯?jié)舛瘸迒栴}，保證了礦井的安全高效生產(chǎn)。

參考文獻

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中圖分類號：TD712

文獻標(biāo)識碼：B

文章編號：1672－0652（2014）01－0019－04

收稿日期：2013－11－07

作者簡介：王力（1973—），男，江蘇徐州人，2011年畢業(yè)于安徽理工大學(xué)，助理工程師，主要從事礦井通風(fēng)與安全工作（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