自動調壓系統在工作面的技術研究與應用

摘要：Y484工作面回采過程中受地面大氣壓影響，采空區瓦斯容易集中涌出，導致礦井局部地點或區域瓦斯濃度急劇增加，對礦井正常生產造成很大影響。

通過研究地面大氣壓與工作面的瓦斯涌出變化規律和分析，對均壓區域通風現狀模擬，設計自動控制均壓風門裝置；依靠礦井監測系統，開發一套能夠實現自動控制的壓力調節裝置，達到實時抑制采空區瓦斯涌出的目的。

關鍵詞：地面大氣壓；自動控制均壓；瓦斯涌出

唐山礦始建于1878年，距今已有141年的開采歷史。開采年限長，井深巷遠，通風系統復雜，采空區相互連通，隨著近幾年高產高效工作面的推廣應用，采空區的遺煤也越來越多，給礦井瓦斯防治來巨大的壓力。為此筆者就該礦Y484工作面回采期間自動調壓系統技術進行了嘗試應用，從中摸索到了工作面回采期間瓦斯防治應該注意的一些問題，為類似的瓦斯治理工作提供了寶貴的經驗。

1 概況

1.1 工作面概況

Y484工作面是唐山礦岳胥區-950水平的綜放工作面，三面均被采空區包裹，屬于半孤島煤柱；由于工作面通風路線長，巷道阻力大，通風能力緊張，工作面瓦斯受大氣壓影響較為嚴重，工作面瓦斯涌出量在10-20 m3/min。目前工作面參數：工作面走向長度799米；工作面傾斜長度153米；煤層傾角平均21°；煤層厚度平均11.5米。

1.2工作面隱患情況

Y484工作面回采過程中受地面大氣壓影響，采空區瓦斯容易集中涌出，導致礦井局部地點或區域瓦斯濃度急劇增加，對礦井正常生產造成很大影響。

2 技術目標

以均壓區域巷道阻力測定，通風網絡解算和通風壓力調節為依據，找出調壓的合理位置和調節口面積；依靠礦井監測系統，結合礦井采掘生產銜接和長遠規劃，研究開發一套能夠實現自動控制的壓力調節裝置，并制定相應的方案及措施，達到實時抑制采空區瓦斯涌出的目的。

2.1技術內容

2.1.1現場調研井下均壓區域的巷道結構，畫出均壓區域網絡圖。

2.1.2現場測量均壓區域通風阻力、氣壓、瓦斯、瓦斯濃度、干濕度，地面大氣壓等基本參數。

2.1.3對現有大氣壓與瓦斯涌出關聯性的數據進行統計分析。

2.1.4研究地面大氣壓的變化規律，得到地面大氣壓變化與采空區瓦斯涌出規律的關聯性。

2.1.5基于通風阻力、通風壓力變化規律，以局部通風網絡解算和通風壓力調節為依據，確定均壓調壓的合理位置和風窗調節口面積。

2.1.6基于礦井監測系統，設計并開發一套能夠實現風門自動控制的調節裝置，能實現自動控制、手動控制、遠程控制。

2.1.7設計均壓實施的整體方案，包括均壓控制模式、含啟動與恢復的設計模式。

2.1.8加工設計的風門自動控制的調節裝置。

2.1.9制定均壓區域均壓時的方案及措施，達到實時抑制采空區瓦斯涌出的目的。

2.1.10現場實施自動均壓系統，測試瓦斯控制效果，反饋修正參數；組織驗收。

2.2技術方法和路線

采用現場調查、理論推導、現場測試、現場試驗、計算機模擬計算相結合的的方法進行研究。具體技術路線為：

2.2.1進行煤礦相關基礎參數的測定與分析。包括：①現場測量Y484工作面巷道阻力；②以通風網絡解算和通風壓力調節為依據，找出調壓的合理位置和調節口面積；③分析各測定參數的準確性，校正測定的基礎參數；④根據參數分析的基礎上，對不合格的參數進行補測。

2.2.2根據測量的基礎參數，分析找出合理構筑位置，根據大氣壓與礦井通風壓力的關系分析出調節面積。

2.2.2依靠礦井監測系統，結合礦井采掘生產銜接和長遠規劃，研究開發一套能夠實現自動控制的壓力調節裝置，并制定礦井自動調壓系統的方案及措施。

2.2.4提出礦井自動調壓系統的實施方案，完成礦井自動調壓系統的實施方案的效果與經濟分析。

3數據分析及總結

3.1地面大氣壓與井下靜壓力的關系

通過對地面大氣壓和井下靜壓力下降階段的監測，可以得出地面大氣壓與井下靜壓力的下降幅度幾乎一致；但是壓力上升階段可以看出井下靜壓力上升速率高于地面大氣壓。因為地面大氣壓變化造成了井下靜壓力變化，因此可以認為地面大氣壓對井下靜壓力的影響因數在上升階段高于下降階段。

3.2地面大氣壓與工作面瓦斯涌出的關系

分析工作面瓦斯濃度較高的情況，發現當大氣壓持續長時間下降時對瓦斯濃度的上升作用更明顯。當地面大氣壓下降時，在前期瓦斯濃度并沒有隨之上升，而是先處于波動狀態，緩慢波動上升，然后經過一段時間后才會表現出急劇上升趨勢，表現出一定的滯后性。地面大氣壓變化幅度不大時瓦斯濃度維持在較低水平，與大氣壓數值大小沒有表現出較好的相關性。

因為抽放的瓦斯與采空區內儲存的瓦斯量比起來是很小的，所以抽放瓦斯流量大小對整個采空區影響甚微。瓦斯涌出的是由巷道內與采空區的氣壓差造成的，氣壓差才是決定性因素，因此即使對采空區瓦斯抽放流量增大，當巷道內氣壓下降幅度很大時，瓦斯涌出依舊會增強。

根據地面大氣壓與瓦斯涌出的關系，當瓦斯濃度急劇上升時，大氣壓力下降平均速率最低是40.7pa/h，但是并不是大氣壓下降40pa/h瓦斯濃度就會上升，因此瓦斯濃度應該是重要條件，為了判定瓦斯涌出增多是因為大氣壓降引起，所以設定次要條件是大氣壓降速率。當瓦斯濃度升高均達到0.4%以上，首先要考慮到春夏季地面大氣壓變化比冬天要大，所以略微上調瓦斯條件，因此確定啟動均壓調節程序的條件為瓦斯濃度0.5%以上且大氣壓下降速率40pa/h以上。因為最終目的是為了降低瓦斯濃度，所以把瓦斯濃度降低到0.5%以下作為均壓調節機制的退出條件。

3.3均壓方案模擬

現場測量Y484工作面靜壓，風速，干、濕溫度以及巷道斷面面積，并且進行現狀模擬。擇優方案在0044里大巷安裝風門，即能達到采區提升壓力又能能滿足采煤工作面采面需風量且從經濟效益最大化地角度而言，0044大巷安裝風門對于煤礦的生產影響也較少。

4自動調壓系統技術效果

4.1通過對Y484工作面采取自動調壓系統技術進行治理，Y484工作面風量維持在20-23m3/s，回風瓦斯濃度降至0.5%以下；均有了很好的控制，并提高了礦井的安全生產能力。

4.2 Y484工作面的安全正常回采，確保了生產任務的順利完成。

4.3 Y484工作面自動調壓系統技術經過實踐，達到了預期的效果，值得在今后相似區域的開發中推廣。

作者簡介：李龍龍（1988-），男，山西壺關人，2007年畢業于山西大同大學礦井通風與安全專業，2012年7月畢業于中國礦業大學采礦工程專業（函授），現任開灤唐山礦業分公司通風安全工程師，從事通防技術管理工作。

（作者單位：開灤（集團）有限責任公司唐山礦業分公司）