移動泵站抽放工作面上隅角瓦斯技術(shù)

葛曉波

（陽泉煤業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司一礦，山西 陽泉 045008）

陽煤一礦位于山西省陽泉市西北部，為陽煤集團(tuán)特大型現(xiàn)代化主力礦井。礦井核定生產(chǎn)能力750萬t/a，采用主斜井、副立井等綜合開拓方式，礦井通風(fēng)方式為分區(qū)對角式，通風(fēng)方法為機(jī)械抽出式。礦井絕對瓦斯涌出量241.06m3/min，相對瓦斯涌出量19.51m3/t，屬高瓦斯礦井。礦井主采15#煤，煤層平均厚度6.5m，采煤方法為走向長壁式采煤法，工作面采煤工藝為綜采放頂煤工藝，通風(fēng)方法為U+I型，工作面布置有內(nèi)錯尾巷作為專用瓦斯巷，解決工作面上隅角瓦斯積聚問題。

1 問題的提出

內(nèi)錯尾巷是指在采煤工作面，為了解決工作面瓦斯涌出量大經(jīng)常造成上隅角瓦斯超限問題而在回風(fēng)順槽以內(nèi)15～30m工作面煤層上方設(shè)置的一條專用排瓦斯的巷道，該巷道的瓦斯?jié)舛炔坏贸^2.5%。由于專用排瓦斯巷風(fēng)流穩(wěn)定性差，且需人員進(jìn)入高瓦斯聚集區(qū)作業(yè)，近年來事故頻繁發(fā)生，存在較大安全生產(chǎn)隱患。根據(jù)新版《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定，自2016年10月1日起取消專用排瓦斯巷。因此，為了解決工作面上隅角瓦斯超限問題，保證工作面高效安全生產(chǎn)，研究新的工作面瓦斯治理技術(shù)顯得尤為重要。根據(jù)礦井生產(chǎn)實(shí)際，研究提出在陽煤一礦81207工作面試驗(yàn)移動泵站抽放工作面上隅角瓦斯，解決工作面上隅角瓦斯超限問題。

2 試驗(yàn)方案

2.1 試驗(yàn)地點(diǎn)情況

81207工作面位于一礦北條帶十二采區(qū)，工作面走向長500m，傾向長155m，工作面煤層平均厚度6.5m。工作面共布置四條巷道：一條進(jìn)風(fēng)巷，一條回風(fēng)巷，一條低位抽放巷，一條走向高抽巷，工作面距采區(qū)瓦斯移動泵站距離1077m。本工作面煤層賦存穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，煤層總厚度最大7.40m，最小6.85m，平均煤厚7.11m，煤層中一般含夾石2層，其中上層夾石普遍存在，厚度0～0.15m，平均0.08m。工作面本煤層瓦斯含量為5.23m3/t，瓦斯涌出量3.13m3/t，瓦斯壓力為0.56MPa，煤層透氣性指數(shù)0.027m2/MPa2·d；臨近層距開采層最大距離161.83m，含煤13層，臨近層瓦斯含量合計(jì)200.23m3/t，瓦斯涌出量合計(jì)20.25m3/t。

2.2 工作面瓦斯來源及抽排方式

陽煤一礦工作面瓦斯來源主要為本煤層瓦斯和鄰近層瓦斯。本煤層瓦斯為機(jī)組截割落煤后，煤體內(nèi)游離和部分吸附瓦斯解析進(jìn)入工作面風(fēng)流；鄰近層瓦斯為工作面推進(jìn)過程中，老頂垮落，鄰近層卸壓進(jìn)入工作面，上部煤層未開采時，鄰近層瓦斯涌出量較大，反之，則較小。81207工作面瓦斯涌出總量為83.67m3/min，走向高抽系統(tǒng)抽放量75.3m3/min，剩余本煤層抽排量為8.37m3/min。工作面開采期間瓦斯主要來源為鄰近層瓦斯涌出，主要依靠地面抽放泵站抽放解決，剩余瓦斯主要靠抽放和風(fēng)排解決，尤以工作面上隅角瓦斯現(xiàn)通過移動泵站抽放解決。

2.3 移動泵站抽放設(shè)計(jì)

在采區(qū)內(nèi)施工一座瓦斯移動泵站和一座泵站配電室，同時工作面煤層上方5～8m施工一條低位抽放巷道，在采區(qū)移動瓦斯泵站和低位抽采巷道之間鋪設(shè)一趟Φ800mm瓦斯管路，將工作面的低位抽放巷密閉并接入抽采系統(tǒng)，將移動泵站排氣管接入采區(qū)回風(fēng)巷，形成完整的抽排系統(tǒng)，通過移動泵站抽排系統(tǒng)治理工作面上隅角瓦斯超限，見圖1。

圖1 瓦斯泵站抽放工作面上隅角瓦斯系統(tǒng)示意圖

2.4 瓦斯泵站設(shè)施

根據(jù)設(shè)計(jì)選擇2套600m3/min的水循環(huán)泵，一臺使用，一臺備用。泵站分為三部分：水環(huán)式瓦斯抽放泵，型號2BE-92，尺寸 4721×2440×1756mm；電機(jī)減速器，型號H1SH09/ZDY450，尺寸3570×2080×1655mm；臥式氣水分離器，尺寸2920×1825×1605mm。泵站抽放管路選擇Φ610×2000mm鐵管，自制，鐵管需進(jìn)行除銹和防腐處理。泵站內(nèi)需施工2個水倉，每個水倉容量不小于20m3。供電系統(tǒng)選擇6kV高壓供電。

2.5 設(shè)備抽采能力校驗(yàn)

工作面低位抽采巷由十二采區(qū)移動泵站負(fù)擔(dān)，十二采區(qū)移動泵額定流量為600m3/min，實(shí)際最大流量可達(dá)額定流量的80%，為400m3/min ，最大負(fù)壓為60000Pa，十二采區(qū)移動泵站至低位抽采巷管路距離為1077m，管路濃度不大于2.5%。

管路選型計(jì)算如下：

式中：

dc-瓦斯對空氣的相對比重（1-0.4466×Cr）

L-瓦斯管路長度，m；

Qc-抽放混合量，m3/h；

K-不同管徑系數(shù)，0.71；

D-瓦斯管路直徑，cm；

H-阻力損失，mmH2O。

已知：

計(jì)算得D=303mm。

低位抽采巷管路系統(tǒng)負(fù)壓計(jì)算：

式中：

dc-瓦斯對空氣的相對比重，（1-0.4466×Cr）；

L-瓦斯管路長度，m；

Qc-抽放混合量，m3/h；

K-不同管徑系數(shù)，0.71；

D-瓦斯管路直徑，cm；

H-阻力損失，mmH2O；

已知：

計(jì)算得，H=279.23mmH2O，

現(xiàn)十二采區(qū)移動泵至低位抽采巷瓦斯管路選用Φ800mm的瓦斯管，抽放設(shè)備極限壓力為60000Pa，均能滿足要求。

3 采區(qū)回風(fēng)流瓦斯?jié)舛确治?/h2>

根據(jù)抽放設(shè)計(jì)流程，工作面上隅角的瓦斯經(jīng)瓦斯泵站抽放至移動泵站，再轉(zhuǎn)排至采區(qū)回風(fēng)巷，這樣極有可能造成采區(qū)回風(fēng)巷瓦斯?jié)舛瘸蓿斐赏咚故鹿省Ｒ虼?，必須根?jù)采區(qū)回風(fēng)風(fēng)量對瓦斯排放總量進(jìn)行校驗(yàn)，確保在泵站排放瓦斯后，不會造成采區(qū)回風(fēng)巷內(nèi)瓦斯超限。根據(jù)排放前風(fēng)量測定，十二采區(qū)回風(fēng)巷內(nèi)風(fēng)量最小2000m3/min，排放前瓦斯?jié)舛茸畲?.3%。移動泵站有效抽放量為400m3/min，設(shè)計(jì)瓦斯抽放濃度不大于2.5%，則采區(qū)回風(fēng)巷內(nèi)最大排放瓦斯量為10m3/min，采區(qū)回風(fēng)流內(nèi)瓦斯?jié)舛茸畲笤黾訛?00×2.5%÷2000+0.3%=0.8%。根據(jù)煤礦安全規(guī)程規(guī)定，采區(qū)回風(fēng)巷風(fēng)流中瓦斯?jié)舛炔坏贸^1%，校驗(yàn)值為0.8%，符合安全生產(chǎn)的相關(guān)規(guī)定。

4 應(yīng)用效果

根據(jù)3個月的現(xiàn)場應(yīng)用統(tǒng)計(jì)，泵站抽排量在380m3/min左右，生產(chǎn)期間抽放瓦斯?jié)舛仍?.8～1.7%之間，最大抽放瓦斯6m3/min，最小3m3/min，平均4.5m3/min，回風(fēng)風(fēng)排瓦斯量均在5.37m3/min以下，瓦斯?jié)舛瓤刂圃?.8%以下。同時通過測試，工作面上隅角瓦斯?jié)舛仍谕Ｖ钩榕藕螅咚節(jié)舛茸畲罂蛇_(dá)2.5%，在啟動移動泵站30min后，上隅角瓦斯可降低并穩(wěn)定至0.5%左右，移動泵站能有效抽排工作面上隅角瓦斯，解決了工作面上隅角瓦斯超限問題。采區(qū)移動泵站正常開啟期間，工作面上隅角未出現(xiàn)瓦斯超限報(bào)警。

5 結(jié)論

實(shí)踐證明，利用瓦斯移動泵站抽排上隅角瓦斯代替原內(nèi)錯尾巷風(fēng)排上隅角瓦斯，具有系統(tǒng)穩(wěn)定，人員無需進(jìn)入高瓦斯聚集區(qū)作業(yè)兩大優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)場應(yīng)用效果顯著，不僅解決了工作面上隅角瓦斯超限問題，而且提高了工作面瓦斯治理和管控水平。此項(xiàng)技術(shù)在一礦的成功應(yīng)用，對陽泉礦區(qū)工作面瓦斯治理具有積極的參考和借鑒意義。