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探析突出矿井瓦斯治理中通风技术的应用

2020-07-04刘韶文

科学与财富 2020年15期
关键词:瓦斯矿井

刘韶文

摘 要:随着矿井高效、快速发展,开展深度逐步增加,各种“一通三防”事故也层出不穷。本文主要分析了瓦斯突出矿井的瓦斯治理中通风技术的应用,旨在降低高瓦斯突出矿井事故的发生率,确保矿井工作人员的身心安全,使矿井瓦斯治理和现场管控技术更上一层楼。

关键词:瓦斯;通风技术;矿井

一、矿井瓦斯规律

1、原始煤层瓦斯富存规律

分析了解原始煤层瓦斯富存情况,将有助于更好的应用通风技术。原始煤层瓦斯受煤层及煤层上下岩石底板压力影响,煤层中的瓦斯被保存在煤岩裂隙内。结合矿井回采、矿井瓦斯涌出规律,并经实践证实,煤岩体内的瓦斯气体以游离、吸附、吸收和水溶性瓦斯四种状态赋存于煤岩层中。煤岩层内的瓦斯均处于压力状态,压力愈高,游离瓦斯含量越高,埋藏愈深,游离瓦斯含量增加愈多。且游离、吸附这两张形态的瓦斯因温度、压力等因素可以相互转换。煤层瓦斯含量随埋深增加而增加,煤体内瓦斯随压力的减小吸附态瓦斯能逐步转换成游离态瓦斯。瓦斯治理过程中,主要是抽排游离瓦斯和吸附瓦斯,并通过调整抽放负压等方式最大程度将吸附瓦斯转变为游离态瓦斯,从而提高原始煤体瓦斯抽采量,提高瓦斯抽采率,降低煤层瓦斯含量和瓦斯压力。由此可见,了解所采煤层的瓦斯情况,制定合理的瓦斯治理方案和措施,提高抽放效果,降低原始煤层瓦斯含量、压力等,能给掘进和回采提高更可靠、更安全的作业环境,为矿井安全、高效发展提供可靠保障。

2、掘进工作面瓦斯富存及流动变化规律

突出煤层经区域瓦斯治理后,经过安全评价,区域措施有效,各项指标均符合《防治煤与瓦斯突出细则》要求后,将进入煤巷掘进作业。掘进巷道及周围15米范围内的煤层均处于区域瓦斯治理范围内,煤层瓦斯含量和压力均符合《防治煤与瓦斯突出细则》要求,煤层中依然存在游离瓦斯和吸附瓦斯,受瓦斯治理条件和地质构造影响,煤巷条带各地点的瓦斯治理效果不一致,局部点甚至存在瓦斯治理空白带。尤其是地质构造带附近,可能受地质构造影响,巷道15米范围之外的游离态瓦斯沿构造影响带涌入到掘进范围,极有可能造成掘进期间瓦斯超限。

3、采煤工作面瓦斯富存及流动变化规律

突出煤层经过区域瓦斯治理,各项指标均符合《防治煤与瓦斯突出细则》要求后,掘进期间无瓦斯动力现象等异常情况,形成工作面后,将进入回采作业。该回采块段的煤层内依然存在可解析和不可解析状态的瓦斯,可解析瓦斯一部分随工作面回采逐渐释放在到工作面风流中,另一部分随工作面遗落的煤进入采空区。因瓦斯密度比其他介质密度小,在采空区和工作面均易在上部积聚。工作面采用负压通风,各地点均处于负压状态,形成采空内气体向上隅角和架前流动,从而容易造成架前和上隅角瓦斯积聚或超限。

众所周知,瓦斯遇到明火或者是周围温度到达一定数值,那么就会发生瓦斯爆炸,产生的危害和损失都非常大。2018年不完全统计,全国发生19起瓦斯事故,造成76人死亡。因此,如何提高煤层瓦斯抽采,有效降低煤层瓦斯,提高瓦斯抽采效率,降低风流中瓦斯浓度等是摆在所有煤矿安全生产前的亟需解决的问题。而在瓦斯治理和现场处理过程中,有效利用通风技术进行瓦斯抽采和防治,能起到意想不到的效果。

二、瓦斯治理中通风技术的应用

1、瓦斯抽采中通风技术的应用

在区域瓦斯治理措施中,普遍采用底板穿层钻孔作为区域瓦斯治理措施。钻孔施工结束后,所有钻孔必须连接到抽采管路上抽排,由抽采管路和钻孔连接在一起形成的抽放系统,利用抽采泵进行抽采,这有抽采泵、抽放管路、钻孔形成的抽采系统和矿井通风系统非常类似,所以在提高底板穿层钻孔抽放效率上可以充分应用通风技术原理。

第一、利用降低巷道通风降阻原理,降低抽放管道阻力,提高末端抽放负压和流量。在抽放系统建设过程中,选择合适的管径,能有效降低管道阻力;在管路安装时,必须保证管路平直,减少拐弯,杜绝直角弯,能有效降低管道内气流摩擦力,减少抽放损耗量;加强管路巡视,及时放水,提高管路有效断面;通过这些简单方法,能有效提高抽放系统抽放效率。

第二、利用优化简化通风系统的方法降低抽放系统负担。随着底板钻孔逐渐增加,抽放系统负担也随之增加。在实际工作中,就像对通风系统中废旧不用的巷道进行优化封闭一样,需要对老钻孔进行动态检查分析,对已失效或受压损坏的钻孔要及时优化简化,封孔处理,从而提高有效钻孔的抽采。

第三、利用通风阻力测定方法诊断抽放系统。根据通风阻力测定原理,阻力最大的为矿井通风距离最长的路线,阻力大小与巷道风量和巷道断面呈正比,所有可以利用这一原理,排查抽放系统中阻力大的地段并进行优化;距抽放泵远的地段提高抽放负压,根据抽采量和浓度合理控制距离近的钻孔抽采负压;减少管路变径,尤其是大管径变细管径。通过多项措施,能有效提高抽采管网的抽采能力。

2、掘进工作面中通风技术的应用

掘进工作面生产过程中会使部分可解析瓦斯释放到巷道风流中,这部分瓦斯只能通过局部通风机供风稀释并排走。而掘进过程中煤体瓦斯释放与掘进进度、风量、负压有密切关系,往往负压越大,瓦斯释放速度越快。所有利用通风技术中降低负压减少风量的原理,减少煤体瓦斯释放量,而在突出煤层掘进中回风侧不允许设置风流调节设施。所以要减少迎头负压,可以增加局部通风机能力,甚至使用双局扇双路风筒同时供风,两路风筒间距50米左右,可以形成后路風筒到迎头段处于微负压状态下,很大程度上减少了迎头负压,减少掘进过程中瓦斯涌出,降低风流中瓦斯浓度。

3、综采工作面中通风技术的应用

综采工作面回采过程中,瓦斯容易在上隅角和架前顶部空间内积聚,积聚的瓦斯受割煤、移架等影响,突然涌入工作面风流中,造成回风瓦斯异常或瓦斯超限。同时,瓦斯积聚也对安全生产埋下非常大的安全隐患。

第一、利用增加局部负压,提高气流向固定点流动的方法,解决上隅角瓦斯。工作面上隅角采用迈步埋管的方式,利用抽采管路的抽采负压,使上隅角以里5-10米范围内形成负压状态,造成采空区气体向抽放管管口流动,避免采空区瓦斯涌入到巷道内,杜绝上隅角瓦斯积聚超过规定浓度。如图一。

第二、利用风流扩撒原理,解决上隅角局部通风不畅问题。工作面风量有80%的均从架前通过,仅有20%从架间人行通道通过,而上隅角往往滞后最后1架1-2米左右,造成上隅角通风不畅,容易造成瓦斯积聚。再利用扩散通风原理时,必须保证工作面与巷帮保持钝角状态,有利于风流经过上隅角,带着局部点瓦斯,避免上隅角瓦斯超限。

第三、利用通风负压原理降低工作面瓦斯释放速度。通过实践可知,负压越大,煤体内可解析瓦斯释放速度越快。在工作面生产过程中,工作面通风即为负压通风,如果工作面进风巷内通风断面受阻,将使得工作面和采空区负压增大。所以在预防工作面瓦斯异常涌出时,要重点关注进风巷是否满足通风断面要求,尤其是在机巷破碎机、转载机处,要及时扩大通风断面,保证工作面通风畅通,从而减少煤壁和老塘的负压,减少瓦斯异常涌出。

结语:在瓦斯抽采用应用通风技术,优化整个抽采网络,从而有效提高抽采效率和效果,最大程度降低原始煤体瓦斯含量;掘进和采煤过程中通风技术的应用,能解决局部瓦斯积聚和瓦斯异常涌出问题,降低采掘过程风流中的瓦斯含量,避免封路中出现瓦斯超限或积聚,为安全生产提供良好的安全保障,进一步提高采掘效率。通风技术的内涵还有很多,与钻孔设计、抽采技术、采掘设计和技术等相结合,能更加有效的解决煤矿瓦斯问题,杜绝瓦斯事故,为矿井安全生产保驾护航。

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