關(guān)于召開(kāi) 2024 山西省煤炭學(xué)會(huì)煤礦智能化委員會(huì)年會(huì)暨千人智庫(kù)科創(chuàng)服務(wù)站工作會(huì)的通知

淺談開(kāi)元公司9404進(jìn)風(fēng)掘進(jìn)瓦斯治理辦法

                                                開(kāi)元公司通風(fēng)部   薛關(guān)軍

摘要  本文對(duì)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(duì)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(kāi)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(guò)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(guò)多次現(xiàn)場(chǎng)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(hào)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(duì)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(duì)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(zhǎng)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(xiàn)。

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(duì)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(tái)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(guò)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(duì)照局扇技術(shù)特征，給掘進(jìn)工作面配備一臺(tái)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(jiàn)下表

3、掘進(jìn)工作面瓦斯涌出情況及采取的對(duì)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(shì)，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(tái)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)舛龋构ぷ髅婺軌虬踩樌a(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(duì)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(tái)FBSNo.7.5/45×2型局扇和一臺(tái)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(wèn)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(guò)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(wú)法采用增加風(fēng)量的方法解決瓦斯超限問(wèn)題。

為此，我們對(duì)煤層爆破松動(dòng)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(dòng)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(dòng)圈，打破了瓦斯原始?jí)毫ζ胶鉅顟B(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(dòng)圈以外的原來(lái)保持平衡的瓦斯也逐漸與松動(dòng)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(guò)860米時(shí)，揭露時(shí)間長(zhǎng)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(wèn)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(chǎng)，鉆場(chǎng)深5m，寬4m，高3m，第一個(gè)鉆場(chǎng)布置在距聯(lián)巷往里50m處，其他鉆場(chǎng)均間隔100m，沿巷道兩幫對(duì)稱(chēng)布置，每個(gè)鉆場(chǎng)前后各布置兩個(gè)水平長(zhǎng)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(dòng)泵將瓦斯抽放到9#煤采區(qū)回風(fēng)巷內(nèi)，用此方法來(lái)解決本掘進(jìn)面的瓦斯超限問(wèn)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(zhǎng)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(mǎn)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(zhǎng)度，m；

      Q—管內(nèi)混合氣體流量，m³/h；

      dc—混合氣體對(duì)空氣的相對(duì)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(dòng)抽放泵，其參數(shù)如下：

移動(dòng)泵站安裝與抽放情況：水環(huán)式移動(dòng)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(jiàn)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(zhǎng)距離供風(fēng)不足，風(fēng)排瓦斯量濃度增大的問(wèn)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(yǔ)

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(wèn)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(guò)4m/s；瓦斯?jié)舛瘸^(guò)1%。隨著現(xiàn)代化礦井的實(shí)現(xiàn)，掘進(jìn)巷道斷面會(huì)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(duì)旋雙風(fēng)機(jī)雙電源。特別是對(duì)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(zhuān)供電源和動(dòng)力電源作為雙電源，動(dòng)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(zhuān)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(guò)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(wèn)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)舛龋ＷC安全生產(chǎn)。同時(shí)應(yīng)利用科技手段，提前測(cè)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。