利用负压风筒处理工作面隅角瓦斯研究

文/邓九洲 王信辉

煤层瓦斯含量与地质条件密切相关，伴随着工作面推进，越临近地质构造带，瓦斯涌出量变化越大，甚至一些低瓦斯矿井的局部地区开始变成高瓦斯区域，成为低瓦斯矿井的瓦斯异常区。

针对低瓦斯矿井的瓦斯异常问题，一些矿井在不影响生产、不大量增加投入的前提下，大多单纯采用加强通风、增大风量等方法处理瓦斯，方法单一，一旦风量产生变化极易造成瓦斯事故。冀中能源股份公司葛泉矿1623工作面属于低瓦斯矿井的瓦斯异常区，瓦斯涌出量相对较大。根据矿井通风情况，结合工作面回采实际，葛泉矿提出采用负压风筒处理工作面隅角瓦斯，并对该方法进行分析和实践测试，为工作面后续开采期间的瓦斯治理工作提供了有益参考。

一、工作面概况

1623工作面位于1622工作面与DF6-2断层之间，工作面总体为单斜，埋深范围为170～316m，煤层倾角最小4°，最大34°，平均23°；煤层厚度基本在0.8～5.4m之间，平均为3.83m。工作面内构造赋存较为复杂。工作面周边主要为南翼二采区轨道上山、运输上山以及1622工作面采空区，其余无采掘工程。

1623工作面在煤层厚度大于4m段采用放顶煤采煤方法，在外段小于4m段采用综合机械化采煤方法。工作面采用下行通风方法，采空区顶板采用全部垮落法进行管理。

二、工作面瓦斯来源

自1623工作面回采以来，经现场观察和实测，工作面回风隅角瓦斯浓度在0.65%左右，回风巷内瓦斯浓度在0.6%左右，采空区内瓦斯浓度超过2%。经分析，瓦斯来源主要有以下两个方面。

1.工作面煤壁吸附的瓦斯

这部分瓦斯主要体现在采煤机割煤时，煤层原有的应力平衡状态被采煤机破坏，导致其内部所含的吸附瓦斯在极短时间内进行解吸，转变为游离瓦斯释放出来。且由于工作面采用下行通风，受风流和风压影响，这部分解吸的瓦斯主要存在于工作面下部。

2.工作面回风隅角瓦斯

这部分瓦斯主要是由采空区遗煤释放的瓦斯和后溜子上顶煤释放的瓦斯组成。工作面放顶后，顶煤落到后溜子上，其释放的瓦斯随风流进入回风隅角范围内，随后滞留于隅角顶板附近，不易排出。

三、瓦斯治理技术方案选择

针对工作面煤壁吸附的瓦斯，采用增加风量的方法进行治理，处理割煤时，使从煤层内解吸出来的游离瓦斯，随工作面风流排出。

针对回风隅角瓦斯，经讨论，综合考虑成本投入和工作量，选择采用珍珠岩袋充填以及埋设风筒，利用负压抽出隅角瓦斯的方法进行治理。

1.压差测定

葛泉矿采用抽出式通风，故负压风筒抽出隅角瓦斯的关键，就是隅角位置与风筒出风口位置的静压差，要大于隅角位置和出风口位置的位压差（风筒内表面光滑，忽略摩擦阻力）。

在1623工作面隅角及其回风风路上选取5个测点，利用仪器进行压差测定，具体测量结果如表1所示。

表1 5个测点的测量数据

通过数据分析，可知隅角处于工作面最低点，标高为-181.4m，而工作面运输巷口标高为158.5m，两者高差22.9m，位压差约为229Pa，隅角与运输巷口之间的静压差为400Pa，静压差大于位压差，说明利用静压差使隅角内积聚的瓦斯通过负压风筒直接排出到采区回风巷的方法，是可行的。

2.风筒及出风口位置确定

1623工作面运输巷内有一部皮带，考虑巷道内行人和运煤，将风筒吊挂在皮带侧，以减少巷道内作业对风筒的影响。同时将风筒按局部通风机管理要求进行吊挂，即逢环必挂，风筒与顶板保持在300mm的间距，吊挂平直。

通过表1可知，风筒出风口在1#测点、2#测点、3#测点均可以实现抽出隅角内积聚的瓦斯，但为了达到效果最优，分别测定风筒出风口在1#测点、2#测点、3#测点风筒内的风量及瓦斯浓度。

选择相同的班次，相同时间，同时安排人员在联络巷外口风门处站岗，测定期间任何人不得打开风门。测定数据如表2所示。

表2 3个测点的风筒风量和瓦斯浓度

3.方案确定

结合上述测试数据，综合考虑，确定将风筒隅角端预埋入隅角珍珠岩袋墙内，随工作面放顶外移，保证风筒端头在珍珠岩袋墙内，确保可以将后溜子上的浮煤和采空区的遗煤产生的瓦斯抽出。而风筒出风口端则固定在1#测点处。考虑抽放瓦斯的相关规定，最终确定，将风筒出风口固定在1#测点上风流15m处。该处前后20m范围内无机电设备，符合相关规定要求。

四、小结

在使用了负压风筒后，1623工作面在回采过程中，运输巷瓦斯和隅角瓦斯浓度明显降低，正常生产期间运输巷瓦斯最高浓度为0.32%，隅角瓦斯最高浓度为0.42%。风筒内瓦斯最高浓度为2.3%。南翼二采回风巷内瓦斯最高浓度为0.26%。

实践结果表明，使用负压风筒处理隅角瓦斯，能有效降低工作面瓦斯浓度，防止瓦斯事故，这一方法为低瓦斯矿井处理高瓦斯区域提供了有益参考。