隨著開元公司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)過多次現(xiàn)場調(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)。
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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。
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
式中：q掘——掘進(jìn)工作面的CH4絕對涌出量,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
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。
對照局扇技術(shù)特征，給掘進(jìn)工作面配備一臺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)特征見下表
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型號 |
風(fēng)量 m3/min |
風(fēng)壓 Pa |
電機(jī)功率 KW |
轉(zhuǎn)速 r/min |
外徑 mm |
臺數(shù) |
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FBSN06.3/30×2 |
300--510 |
6300-1000 |
30×2 |
2950 |
800 |
1 |
3、掘進(jìn)工作面瓦斯涌出情況及采取的對策。
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，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?.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?，使工作面能夠安全順利生產(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FBSNo.7.5/45×2型局扇和一臺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，無法采用增加風(fēng)量的方法解決瓦斯超限問題。
為此，我們對煤層爆破松動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圈，打破了瓦斯原始壓力平衡狀態(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，松動圈以外的原來保持平衡的瓦斯也逐漸與松動圈內(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860米時(shí)，揭露時(shí)間長達(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，鉆場深5m，寬4m，高3m，第一個(gè)鉆場布置在距聯(lián)巷往里50m處，其他鉆場均間隔100m，沿巷道兩幫對稱布置，每個(gè)鉆場前后各布置兩個(gè)水平長度為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)，用移動泵將瓦斯抽放到9#煤采區(qū)回風(fēng)巷內(nèi)，用此方法來解決本掘進(jìn)面的瓦斯超限問題。
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—管路長度，m；
Q—管內(nèi)混合氣體流量，m3/h；
dc—混合氣體對空氣的相對密度（1-0.00446C）；
C—管內(nèi)瓦斯?jié)舛龋?/span>
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)式移動抽放泵，其參數(shù)如下：
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型號 |
最大抽放量(m3/min) |
最低吸入絕對壓力KPa |
電機(jī)功率 KW |
轉(zhuǎn)速(r/min) |
抽(排)氣口直徑(mm) |
耗水量(L/min) |
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BJW44YJ |
44.4 |
18 |
75 |
490 |
200 |
100 |
移動泵站安裝與抽放情況：水環(huán)式移動抽放泵布置在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，解決了局扇因長距離供風(fēng)不足，風(fēng)排瓦斯量濃度增大的問題。
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
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4m/s；瓦斯?jié)舛瘸^1%。隨著現(xiàn)代化礦井的實(shí)現(xiàn)，掘進(jìn)巷道斷面會逐漸增大，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，對旋雙風(fēng)機(jī)雙電源。特別是對旋雙風(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)在用專供電源和動力電源作為雙電源，動力電源為備用電源，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?，保證安全生產(chǎn)。同時(shí)應(yīng)利用科技手段，提前測定掘進(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。
