高瓦斯煤礦通風技術要點分析

＊項國權

（山西中陽華潤聯盛蘇村煤業有限公司 山西 033400）

引言

煤炭是我國的主要能源之一，近年來，隨著煤礦開采技術的迅速發展，煤礦生產更加高效。由于煤礦開采深度的增加和煤礦開采強度的提高，煤層瓦斯含量越來越高，很多煤層由非突出煤層轉變為突出煤層，礦井瓦斯涌出量與傳統煤礦礦井瓦斯涌出量相比，有了急劇增加，進而使得煤與瓦斯突出危險性不斷增加。為了控制回采工作面的瓦斯涌出量或消除突出煤層的煤與瓦斯突出危險性，降低煤層的瓦斯含量和壓力，需要采取預防礦井區域瓦斯突出的重要措施[1-2]。目前常用的措施就是對含瓦斯煤層進行瓦斯抽采，該方法既可以實現對瓦斯災害的治理，又可將抽出的瓦斯作為清潔能源加以利用。

但是，由于瓦斯抽采管道不可避免易發生老化、腐蝕或外部遭受撞擊等原因，煤礦瓦斯抽采管道泄漏的現象時有發生。當發生泄漏后，由于抽采管道內部的負壓作用，外部空氣將被吸進管道內，導致管道內瓦斯氣體濃度降低[3]。這樣不僅會降低瓦斯抽采效率和增加抽采系統的能耗，而且如果泄漏口附近瓦斯達到可爆炸濃度范圍內，一旦發生爆炸事故，后果將非常嚴重。

由于煤礦在進行井下開采時由于瓦斯來源于上覆臨近煤層，出現瓦斯涌出現象，造成瓦斯超限。當瓦斯超限時，依靠正常的通風技術難以解決瓦斯超限問題，同時也無法采用常規的抽采方法對瓦斯進行抽放治理，使得煤礦生產存在極大的安全隱患[4]。

因此，本文針對瓦斯超限問題，解決現有技術的不足之處，研究了在煤礦生產中高瓦斯煤礦的通風技術，通過對通風系統進行改造設計，實現煤礦抽采瓦斯與通風瓦斯合理、有效的資源化綜合利用。

1.煤礦通風系統概況

(1)礦井概況

當前礦井通風是依靠通風動力，不間斷地將地面新鮮空氣沿礦井進風路線輸送到礦井下各個作業地點，沖洗后的污濁空氣沿礦井回風路線排出地面的過程。

(2)工作面概況

在風障前，工作面的壓力高于采空區，工作面瓦斯與空氣隨風混合擴散和遷移，一小部分瓦斯沿途隨著工作面漏風流入采空區，另一大部分沿著工作面傾斜風流方向流動，使得沿途瓦斯濃度逐漸增大，但濃度變化幅度較小，在0.12%～0.26%之間，而在風簾后，風流由采空區漏入工作面，在回風隅角附近集中涌出，使得瓦斯濃度比風障前有較大幅度的升高，在5m范圍內瓦斯濃度由0.3%升高到0.9%。具體工作面單元劃分如圖1所示。

圖1 工作面單元劃分

工作面瓦斯涌出構成分析：

其中，Qi-瓦斯涌入量，Qg-瓦斯采空量，Qo-瓦斯涌出量。

2.煤礦通風系統優化技術

(1)礦井通風系統改造方案設計

①根據生產要求，確定礦井通風系統改造目標；

②通風系統現狀調查：通風機鑒定、助力測定、風量分配；

③通風現狀模擬分析；

④查明通風系統存在的問題：包括通風系統、井巷通風、通風機等存在的問題；

⑤確定礦井通風系統調整或改造方案。

(2)改造方案設計

①工作面通風方式由“U”形改變為“L+U”形

通風方式由“U”形改變為“L+U”形后，采場通風參數情況如表1所示。

表1 采場通風參數

②礦井通風方式由“長抽短壓”改變為“長壓短抽”

雙筒混合式是將壓入與抽出兩種通風方式聯合運用，兼有壓入式和抽出式兩者的優點，其中壓入式向工作面供新風，抽出式從工作面排出污風，包括長抽短壓和常壓短抽，具體布置方式如圖2所示。

圖2 雙風筒壓入式通風方式

采用長壓短抽式通風方式，通風巷道瓦斯濃度平均值的變化比長抽短壓式劇烈，有效防止瓦斯積聚，另外，巷道沿縱向瓦斯濃度分布標準差都逐漸趨于零，長壓短抽式要比長抽短壓更快地趨于零，因此該方式更有利于瓦斯的均勻混合。

(3)高低負壓分源式瓦斯抽采與通風工藝

①工作原理

在工作過程中，隨著工作面推進距離的增加，采空區內積存的瓦斯越來越多，這時利用放水巷中裝有的抽排瓦斯風機進行調控，將大部分瓦斯從專用排瓦斯巷內排放，使工作面內瓦斯濃度降至安全濃度以下，特別是上隅角內的瓦斯濃度，從根本上解決了上隅角瓦斯的排放問題，改變了采空區瓦斯流向，切斷了瓦斯進入工作面的途徑，實現了安全生產。

②工藝流程

步驟一：抽采鉆孔及鉆場布置；

步驟二：高、低負壓分源瓦斯抽采工藝。

A.在井下建立井下移動式瓦斯抽放泵站，瓦斯抽放泵站安裝三臺移動式瓦斯抽放泵，實現三泵聯管，兩泵工作，一泵備用；在工作面回風巷分別敷設高負壓和低負壓瓦斯抽放專用管路。

B.利用高負壓瓦斯抽放專用管路，通過高位鉆孔抽放上覆卸壓煤層的瓦斯；通過穿層鉆孔高負壓預抽放上覆鄰近煤層的瓦斯。

C.利用低負壓瓦斯抽放專用管路進行低負壓瓦斯抽采。鉆場控制范圍內的瓦斯抽采量為：

式中：Wmax-鉆場控制范圍內的最大瓦斯含量；

W-鉆場控制范圍內的最大瓦斯含量；

ρ-煤體容重；

σ-面積微量單元；

h-煤厚。

3.結語

通過探討高瓦斯通風技術，對煤礦通風系統進行改造設計，構建安全有效的通風系統，降低煤礦井下瓦斯濃度，防止瓦斯含量超限，杜絕煤礦生產帶來的安全隱患。另外，為礦井下工作人員供給足夠的新鮮空氣，保證煤礦井下空氣的質量和數量，實現煤礦安全生產。