煤矿论文--放顶煤采煤工作面瓦斯治理技术的应用

煤矿论文--放顶煤采煤工作面瓦斯治理技术的应用

放顶煤采煤工作面瓦斯治理技术的应用
----煤矿井下综放采煤工作面瓦斯治理装置

张盼福
﹝山西焦煤集团山西太原市西铭路48号030053﹞
摘要：
煤矿井下放顶煤（综放）采煤工作面瓦斯治理装置，主要解决现有煤矿井下放顶煤采煤工作面存在的瓦斯积聚而超标易造成瓦斯爆炸和治理费用昂贵的世界性技术难点。为解决上述问题而采用的技术方案能有效解决和治理放顶煤采煤工作面瓦斯积聚问题，从而达到煤矿井下采煤工作面安全生产的目的。
关键词：瓦斯治理、综放采煤工作面、装置
瓦斯之害，骇人听闻，瓦斯治理，迫在眉睫。
瓦斯之害，与我们的煤炭生产紧密相连，其引发事故之惨重骇人听闻。煤矿井下瓦斯超限和瓦斯积聚频频发生，甚至有的煤矿井下还发生瓦斯爆炸，严重地威胁着从业人员的生命安全和煤矿的安全生产。
1、煤矿井下的放顶煤采煤工作面概况
在煤矿矿井中，工作面采煤方法绝大部分是采用壁式采煤工作面，为了实现高产和提高回采率，近几年我国煤矿已经历史性实施了放顶煤采煤工作面或称综放采煤工作面，放顶煤采煤工作面的出现为煤矿原煤生产高产高效起到巨大作用，实现了厚煤层一次采全高突破性转变，煤矿井下厚煤层开采采用放顶煤采煤工作面得到迅速发展。
然而放顶煤（综放）采煤工作面也带来了放顶煤处瓦斯积聚难以处理的问题已经突出表现出来，放顶煤采煤工作面放顶煤处的瓦斯积聚已成为当今煤矿安全生产的世界性难题。工作面放顶煤处的瓦斯浓度大大超过《煤矿安全规程》规定，有的工作面放顶煤处瓦斯浓度高达6﹪以上，严重地威胁着从业人员的生命安全和煤矿井下的安全生产。是采煤工作面重大隐患，也是重大危险源，是困扰煤矿安全生产的一大难题，至今全国乃至全世界尚未真正解决的世界性煤矿重大难题。
为了解决此类问题，煤矿行业的领导和工程技术人员想尽办法而未解。
为了从根本上解决放顶煤采煤工作面重大隐患，消除重大危险源和避免瓦斯爆炸，煤矿井下放顶煤采煤工作面瓦斯治理装置主要针对解决现有煤矿井下放顶煤采煤工作面存在的瓦斯积聚而超标易造成瓦斯爆炸和治理费用昂贵的技术难点。
2、放顶煤采煤工作面瓦斯治理装置的设计
煤矿井下放顶煤采煤工作面瓦斯治理装置的目的是解决现有煤矿井下放顶煤采煤工作面存在的瓦斯超标易造成瓦斯爆炸和治理费用昂贵的技术难点，并提供一种能够治理煤矿井下放顶煤采煤工作面瓦斯积聚和降低瓦斯的装置。
为解决上述问题而采用的技术方案是：它由一个瓦斯分离器、瓦斯导风管、三叉排风器、瓦斯输送管和檒风通风器组成的整体综合装置，本装置设在煤矿井下采煤工作面上隅角和放顶煤采煤工作面液压支架上，利用瓦斯导风管通往采煤工作面回风巷或采区主要回风道。
瓦斯分离器由筒体、瓦斯释放帽、瓦斯释放孔和把捎构成，瓦斯释放帽设在筒体的顶部，瓦斯释放孔和把捎均匀设在筒体上。瓦斯分离器与檒风通风器相连接，瓦斯分离器和檒风通风器设在煤矿井下采煤工作面上隅角后方的采空区上方旁侧的边缘处。瓦斯分离器旨在使煤（岩石）与瓦斯分离。
瓦斯导风管为抗静电特制玻璃钢圆管。瓦斯导风管与三叉排风器和檒风通风器相连接，设在煤矿井下采煤工作面顺槽的超前支护20m方向回风巷的上方旁侧和采煤工作面回风巷巷道的上方旁侧。瓦斯导风管是采煤工作面瓦斯输送的主要通道。
三叉排风器为扇状四通抗静电玻璃钢筒体。设在煤矿井下采煤工作面顺槽的超前支护回风巷的上方旁侧和采煤工作面回风巷上方旁侧的巷道中。三叉排风器的功能使风流和瓦斯永远按一定方向运动。三叉排风器的作用是保证瓦斯永远按要求的风流方向运动，防止风流方向逆转。
檒风通风器由檒风曲线体、变线体、集风道等构成，主要功能是形成强大的檒风效应，按所要求的方向利用瓦斯导风管将瓦斯排到采煤工作面上隅角以外的采区回风道或主要回风道。
瓦斯输送管为软体结构，连接相邻液压支架，其长度根据液压支架的迈步距离而定。
3、放顶煤采煤工作面瓦斯治理装置的原理
下面结合实施例对该装置作进一步的描述。
如图1所示，是煤矿井下壁式采煤工作面布局和放顶煤采煤工作面瓦斯治理装置的位置布置结构示意图。本实施例中的放顶煤采煤工作面瓦斯积聚治理装置分两部分组成：其一是采煤工作面上隅角部分的瓦斯由檒风通风器、上隅角采空区瓦斯分离器、瓦斯导风管、三叉排风器和采煤工作面上隅角构成有机体；其二是放顶煤采煤工作面（放顶煤采煤工作面长度为120～190m）的瓦斯由瓦斯分离器、软体瓦斯导风管、檒风通风器组成。每部分分别组成有机的整体，共同完成降低工作面不同位置的瓦斯积聚问题，使工作面瓦斯浓度达到《煤矿安全规程》规定的安全浓度的标准。
采煤工作面刮板输送机、采煤工作面采空区、采煤工作面煤壁、放顶煤走廊都是采煤工作面重要组成部分，它们直接影响着瓦斯治理效果。
放顶煤采煤工作面瓦斯分离器贯穿整个工作面长度，安装在液压支架上方顶梁内侧，液压支架下的瓦斯分离器为刚性结构，两头由柔性软管连接，每座液压支架下的瓦斯分离器连接一个檒风通风器，檒风通风器的数量与液压支架数量相同。檒风通风器把放顶煤处的瓦斯吸附瓦斯分离器中，通过软体瓦斯导风管和导风管排到工作面以外，瓦斯导风管是采煤工作面瓦斯输送的主要通道，利用瓦斯导风管通往采煤工作面回风巷或采区主要回风道。
放顶煤采煤工作面上隅角采空区瓦斯分离器，一端与瓦斯导风管或三叉排风器相连接，另一端伸向采煤工作面的采空区。瓦斯分离器的作用是把采煤工作面的采空区浮煤和矸石与采空区积聚的瓦斯分离，分离后的瓦斯进入瓦斯分离器通向瓦斯导风管排出采煤工作面上隅角以外进入瓦斯导风管，达到稀释采煤工作面瓦斯的目的。

图1放顶煤采煤工作面瓦斯治理装置的结构示意图

放顶煤采煤工作面上隅角采空区瓦斯分离器，其作用和原理是：瓦斯分离器的结构由筒体、瓦斯释放帽、瓦斯释放孔和把捎构成，瓦斯释放帽设在筒体的体部，瓦斯释放孔和把捎均匀设在筒体上。瓦斯释放孔为矩形过滤孔、同心圆过滤孔和禁止符过滤孔；所述把捎为园缺形屋檐型，把捎位于瓦斯释放孔的上方，旨在使煤（岩石）与瓦斯分离。
如图2所示，是采煤工作面三叉排风器的结构示意图，三叉排风器为扇状四通抗静电玻璃钢筒体，三叉排风器设在采区回风道或主要回风道中上方旁侧，与采煤工作面瓦斯导风管相连接，三叉排风器的功能使风流和瓦斯永远按一定方向运动；三叉排风器的作用是保证瓦斯永远按要求的风流方向运动，防止风流方向逆转。
图2放顶煤采煤工作面三叉排风器示意图

放顶煤采煤工作面软体瓦斯导风管的结构为螺旋体型，软体瓦斯导风管两端与刚性瓦斯分离器相连接，其作用是在液压支架迈步移动时能够输送瓦斯。
放顶煤采煤工作面的檒风通风器由檒风曲线体、变线体、集风道等构成，主要功能是形成强大的焚风效应，按所要求的方向利用瓦斯导风管将瓦斯排到放顶煤采煤工作面以外的采区回风道或主要回风道。
以上瓦斯分离器、瓦斯导风管、三叉排风器和檒风通风器共同组成一个有机的整体，形成了整体综合装置，共同完成放顶煤采煤工作面和采煤工作面上隅角瓦斯稀释任务。
4、经济效益评价
根据24688采煤工作面现有情况为例概算其经济效益。
4．1、采区24688采煤工作面现状
该24688采煤工作面采用顺向掺新通风系统，解决工作面上隅角瓦斯积聚问题。为解决工作面上隅角瓦斯积聚问题需增加掘进一条1300m的工作面回风巷（煤巷），掘进（开拓）一条120m岩巷，工作面沿空送巷900m。
该24688采煤工作面采用顺向掺新通风系统是：采区进风道→24688采煤工作面进风巷→24688采煤工作面→24688采煤工作面上隅角→24638采煤工作面沿空送巷→岩石联络巷道→采煤工作面回风巷→采区回风道→主要回风道。采煤工作面采用顺向掺新通风系统增加的巷道是采煤工作面沿空送巷、岩石联络巷道、采煤工作面回风巷（如图3所示）。
图3原24638采煤工作面采用顺向掺新通风系统示意图

4.2、采区24638采煤工作面通风系统方案
采用煤矿井下采煤工作面上隅角瓦斯治理装置后，将该24688采煤工作面顺向掺新通风系统，改为采煤工作面反向通风系统（如图表2所示）。
采煤工作面反向通风系统是：采区进风道→24688采煤工作面进风巷→24688采煤工作面→24638→采区回风道。采煤工作面反向通风系统比采煤工作面采用顺向掺新通风系统简单很多。
图4现24638采煤工作面上隅角瓦斯治理装置布置示意图

“煤矿井下采煤工作面上隅角瓦斯治理装置”就布置在煤矿井下采煤工作面上隅角处和采煤工作面顺槽的超前支护20m方向工作面回风巷处（如图表4所示）。
4.3、费用
瓦斯积聚治理装置方案经济效益是若采用采煤工作面反向通风系统，安装煤矿井下采煤工作面上隅角瓦斯治理装置则：减少的巷道是采煤工作面沿空送巷、岩石联络巷道、采煤工作面回风巷。
1）采煤工作面回风巷
采煤工作面回风巷设在煤层中全长1300m,断面为矩形,断面积为高3宽4=12㎡,断面支护采用锚喷，支柱是液压单体支柱。服务年限1.5年.（18个月）
掘进费用：1300m2168元/m=2818400元；
维护费用：1300m8﹪18=4058496；
支柱费用：1300m280=208000；
合计：2818400＋4058496＋208000=7084896元=708.49万元。
2）、开拓岩石联络巷道
开拓岩石联络巷道全长235.5m，，断面积2.52.53.14=19.625㎡，断面为直径5m的圆形断面为半圆锚喷.服务年限1.5年（18个月）。
开拓费用：235.5m7869元/m=185.31万元；
维护费用：185.314﹪18=133.42万元；
其他费用：360.62万元（包括梯子档、穿层加锢）
合计：185.31＋133.42＋360.62=679.35万元
3）、采煤工作面沿空送
工作面沿空送巷需要全长900m,（其余部分不于维护）断面积保证8㎡,服务年限1年（12个月）
掘进费用：900498元/m=44.82万元
维护费用：44.8245﹪12=242.03万元
其他费用：236万元
合计：242.03＋44.82＋236=522.85万元
4）、其他费用：386万元
5）、合计总费用：708.49＋679.35＋522.85＋386=2278.69万元
6）新型瓦斯积聚治理装置费用：包括制造加工、安装、成本等为68万元
则：2278.69－68=2210.69万元
结果：新型瓦斯积聚治理装置的一次性制造加工成本费用为68万元，则节省费用为2210.69万元。
可见在采区24638采煤工作面安装“煤矿井下采煤工作面上