工作面上隅角瓦斯超限治理技术及相关设备选型研究

上官鑫

（长治经坊煤业有限公司， 山西 长治 047100）

引言

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。因此有必要加强矿井的瓦斯及有害气体防治管理，采取有效的瓦斯及有害气体防治措施为煤矿的安全生产提供安全保障。本文针对经坊煤业3303工作面上隅角及回风巷瓦斯及有害气体进行治理研究。

1 工程背景

经坊煤业3号煤层3303工作面从开切眼开始推进60m左右时，出现上隅角瓦斯超限现象，其中工作面上隅角 φ（CH4）为 0.9%、φ（CO2）为 2.2%，回风巷O2浓度（质量分数）为15%。

上隅角瓦斯和有害气体的超限问题极大地制约了矿井的安全高效生产，应根据实际矿井地质条件及瓦斯的来源进行及时治理，采取经济、合理、有效的方法解决上隅角瓦斯及有害气体超限问题，对于煤矿的安全高效可持续性发展具有重要意义。

2 工作面上隅角有害气体超限的处理方案

针对3303工作面开切眼推进60m后，上隅角出现瓦斯及有害气体超限的问题[1]，通过分析上隅角瓦斯产生的原因，提出了以下四种处理瓦斯超限的方案。

2.1 设置采面隅角挡风帘

设置采面上隅角挡风帘。靠近回风巷一侧布置不小于10的挡风帘，当进风巷内的风流经过工作面吹到挡风帘时，挡风帘起到改变风流方向的作用，引到风流吹向采煤工作面上隅角，进而将上隅角的瓦斯带走[2]。

当工作面正常工作时，由于材料的运输、行人以及支、回柱的影响，往往会造成挡风帘的破损，进而使其失去作用，从而造成工作面瓦斯的急剧增大，影响正常生产。

2.2 尾巷排放瓦斯

新掘进一条尾巷，辅助回风巷进行通风。当矿井风流经该工作面时，会在上隅角区域分成两部分风流，一部分流入回风顺槽，一部分流入尾巷，尾巷随采随落[3]。

此方法有较大缺点，主要表现为：增加了巷道掘进量，加大了经济投入；同时会引发采空区风流增大，导致风流流经采空区时，易发生煤层自燃等现象，故经坊煤业3303工作面不适采用此方法。

2.3 安设专用抽出式风机

在采煤工作面上隅角处安装矿用抽出式通风机，其主要原理是：在入风口处形成负压区，由于两侧压差不同，运输顺槽流经工作面的主风流会增大，以满足风机抽出量的要求。此时，当上隅角积聚的瓦斯等有害气体被稀释后排入回风巷时，上隅角瓦斯浓度保证在一个安全值范围内[4]。

2.4 采用均压通风技术

经坊煤矿3号煤层工作面有害气体来源于3303煤层采空区和上覆层2号煤层采空区，漏风通道压差较大，根据该矿的实际情况，结合调节风窗和调节风机两种治理瓦斯超限的手段，通过平衡上隅角两侧压差来解决瓦斯浓度超标问题。结合两种治理技术的压力坡度曲线如下页图1所示。

局部通风机—调节风窗均压的工作原理是：在进风内布置调压风机，并且调压风机的排风口两侧用两到风门隔离，同时在回风巷内布置调节风窗，将需要升压的位置控制在调节风机进风口处于调节风窗之间，此时，开动调压风机，进而增大其控制地点的风压，排走工作面集聚的瓦斯[5]。

经过以上分析，结合经坊煤矿实际及工作面现场情况，拟采用方案四均压通风技术为排除上隅角瓦斯的方法，一旦采面上隅角出现瓦斯超限，立即采用均压通风，通过增加工作面气压来平衡上隅角两侧压差，及时检测各区域是否有漏风现象，并积极进行处理。

图1 调节风窗与调压风机两种方式下的压力坡度线图

3 均压通风相关参数计算及设备选型

3.1 工作面风量计算

1）按工作面温度、风速计算

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（如表1所示，采煤工作面温度一般在25℃左右所以风速取1.5m/s）；Si为第i个工作面的平均断面积，m2，估算为6m2；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 9.9m3/s。

表1 采煤工作面空气温度与合适风速对应表

2）按人数计算

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

3）按瓦斯涌出量计算

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3.0m3/min；k1为备用风量系数，取1.5。则 Q＝100×3.0×1.5＝450m3/min＝7.5m3/s。

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9.9m3/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。

3.2 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894m3/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 kW对旋局部通风机。

4 工作面上隅角瓦斯治理效果研究

为进一步分析和研究采用调节风窗与局部通风机联合均压技术防治3号层工作面有害气体的效果、可靠性及稳定性，对均压系统的相关参数进行了全面测定，进而对均压系统的稳定性、可靠性进行了分析，得出如下结论：

启动均压通风系统后，为研究均压通风系统的稳定性、可靠性，在随后的24 h内，对上隅角、回风流中的CH4、CO2及CO浓度进行监测，通过现场实测，采用均压通风技术后，工作面内的风压明显增大，从而有效地阻止了向工作面漏风通道两侧的压差，迫使采空区或漏风通道内的瓦斯及有害气体无法向回采工作面涌出。实测结果表明，采用均压通风技术，即采用调节风窗和局部通风机联合布置的均压通风技术可有效降低回采工作面内瓦斯及有毒有害气体的浓度，该技术具有可操作性。

5 结论

经坊煤矿3号煤层工作面有害气体来源于3号煤层采空区和上覆层2号煤层采空区，漏风通道压差较大，经过以上分析，结合经坊煤矿实际及工作面现场情况，确定最优的治理工作面上隅角有害气体的方案为：调节风窗与局部通风机联合使用的均压通风技术，该方法可提高工作面压力，平衡上隅角两侧压差，进而减少采空区瓦斯向上隅角的涌出。本次设计选用面积为0.55 m2的调节风窗，型号为FBDNO-8-2×45 kW的对旋局部通风机。

经过现场监测，发现采用均压通风技术后，有效降低了回采工作面内瓦斯及有毒有害气体的浓度，证明该技术具有可操作性，应用效果良好。