综放工作面瓦斯治理技术措施
1 工作面概况
1.1 地质及开采技术条件
漳村煤矿是一座生产能力为300万t/a的现代化矿井，矿井开采二叠统山西组下部的3#煤层，煤层赋存稳定，结构简单，为一单斜构造，煤层厚度为6.30~7.0 m。煤层倾角0?~18?，大部分地段<8?。煤层埋藏深度为136~300 m。
矿井属于低瓦斯矿井，瓦斯相对涌出量3 m3/t，绝对涌出量12 m3/min。煤层无自然发火现象。煤尘具有爆炸性，爆炸指数20.41%。矿井水文地质条件比较简单，主要水源来自顶板含水层，富水性较弱，工作面正常涌水量30~60 m3/h。
工作面倾斜长1 500 m左右，走向长200 m左右，工作面回采率93%，全部采用综采放顶煤一次采全高。顶板管理方法是全部垮落法。工作面运输巷和回风巷均采用锚网支护，运输巷断面4.2 m×3.2 m，回风巷断面3.6 m×3.3 m。
1.2 主要装备和回采工艺流程
工作面的主要设备配套为：MGTY250/600-1.1D型采煤机、ZZP4800-17/33型低位放顶煤液压支架，前部运输机为SGZ764/630型，后部运输机为SGZ830/800型。
工作面回采工艺流程：机组割煤→跟机移架→放煤/推前溜→清浮煤。
工作面采用顺序单轮逐架放煤法，一刀一放，放煤步距0.8 m。工作面作业方式"三八制"，两班生产，一班检修。
1.3 工作面通风方式及配风量
最初工作面通风方式为U型，工作面上隅角和采空区瓦斯经常严重超限，威胁工作面正常生产。后来工作面通风方式改用W型，上隅角局部瓦斯聚积地点采用无火花型铝合金水力局部通风机。工作面配风量按《潞安环保能源股份有限公司"一通三防"管理规定》，经计算不小于800 m3/min。
2 U型通风方式综放工作面瓦斯分布特征
U型通风方式，即由一条进风巷，一条回风巷和工作面构成。开采过程中，上隅角、工作面靠近回风道较长一段及工作面附近的采空区经常性瓦斯严重超限，工作面无法进行正常生产。
漳村矿曾对综放工作面瓦斯分布特征作过详细观测，在正常回采时工作面瓦斯沿工作面方向在不同高度上，浓度是有一些差别的，距底板越高瓦斯浓度越偏高，工作面上隅角瓦斯最高浓度为5.5%，沿工作面方向距回风巷30~40 m大范围瓦斯超限，工作面附近的采空区瓦斯也大落围超限。
图1为U型通风工作面及其附近采空区横向瓦斯浓度分布的实测结果（距底板3.0 m高）。由图1可以看出，工作面靠近采空区侧瓦斯浓度明显高于煤壁侧。采空区的瓦斯聚积是造成工作面瓦斯聚积的根源。
图2为工作面上隅角与回风巷瓦斯浓度统计关系曲线，由图2可以看出，上隅角瓦斯浓度明显高于回风巷，当回风巷瓦斯浓度为0.7%时，上隅角瓦斯即达到超限浓度1.0%，根据回风巷风量可以计算出工作面瓦斯绝对涌出量Q=800×0.7%=5.6 m3/min。
图1 工作面及采空区横向瓦斯分布情况
图2 工作面上隅角瓦斯与回风巷瓦斯浓度关系曲线
由此可以得出这种U型通风方式适合瓦斯绝对涌出量<5.6 m3/min的煤层条件，而漳村煤矿综放工作面在正常回采时瓦斯绝对涌出量为12 m3/min（相对涌出理3 m3/t），说明U型通风方式不适合现有的回采工艺及开采强度的要求。
3 影响瓦斯浓度短时增高的其它因素
工作面瓦斯绝对涌出量与回采工艺、开采强度密切相关，影响综放工作面瓦斯浓度短时增高有以下因素：
（1）一般情况下，工作面初次来压和周期来压时，由于老顶大面积冒落，把采空区瓦斯短时挤入工作面；
（2）放煤口超过3个时（"作业规程"规定2个），瓦斯浓度明显增大，所以要严格按作业规程操作；
（3）工作面片帮、冒顶时也会导致工作面瓦斯浓度短时增高；
（4）割煤速度突然增大，会导致采煤机附近瓦斯浓度增大甚至超限，所以要严格按"作业规程"操作。
4 结合治理技术措施
4.1 变U型通风方式为W型通风方式
根据以上的观测结果，经技术经济分析论证，选择在工作面靠近回风巷侧沿顶板开设1条排放瓦斯巷方案。把工作面通风方式变为W型。瓦斯巷断面2.8 m×3.2 m，锚网支护。瓦斯巷供风量≥200 m3/min，瓦斯巷瓦斯浓度控制在2.5%以下。通过实测（关闭水力风机测量），工作面上风巷瓦斯聚积范围明显变小，由原来的30~40 m变为8 m以内，而且瓦斯浓度下降了3.5%，说明瓦斯巷作用是明显的。
4.2 上隅角增设强力抽排设备
经调研得知，能够抽排高浓度瓦斯的设备有2种，一种是"无火花型"铝合金水力局部通风机，另一种是水力引射器。用水力引射器抽排上隅角瓦斯，因其风量和风压较小，使上隅角瓦斯浓度时有超限现象。后来改用"无火花型"铝合金水局部通风机抽排上隅角瓦斯，效果良好，基本杜绝了上隅角瓦斯超限现象。
4.2.1 水力局部通风机的工作原理及结构形式
水力部通风机驱动采用水轮机原理，即压力水通过喷嘴、沿着切线方向射向水轮机的水斗上，使水轮盘旋转并带动同轴另一端的轴流式叶轮旋转，并产生负压，形成风流。
水力局部通风机的结构很简单，就是将电动局部通风机的电机去掉，改装成水轮机驱动，即在同一转轴上，一端安装水轮盘，另一端装有高效率叶轮。主轴、水轮盘及水斗是采用合金钢材料制造，叶轮和外壳采用无火化铝合金材料制造。其结构形详见图3。
图3 水力局部通风机结构原理图
4.2.2 水力局部通风机的技术行参数
水力局部通风机的技术参数见表1。
表1 水力局部通风机技术参数
|
名称 |
参数值 |
|
风量/m3•min-1 |
200~500 |
|
全风压/Pa |
300~1 200 |
|
全压效率/% |
45~25 |
|
转速/r•min-1 |
2 300~2 500 |
|
工作水压/MPa |
3.0~10.0 |
|
耗水量/m3•h-1 |
13~18 |
|
外形尺寸/mm |
Φ670×1 000 |
|
重量（包括接口）/kg |
120 |
|
配用风筒/mm |
Φ600（或Φ500） |
4.2.3 水力局部通风机的安装和使用
水力局部通风机即可接正压风筒，也可接负压风筒，现场可根据实际情况连接，水力局部通风机在漳村煤矿综放工作面安装方式如图4所示。风机的吸风口放置在上隅角瓦斯浓度最高的地点，出风口设置在超前支护范围之前，要求出风口周围风流通畅，无电气设备，出口周围1.5 m范围设置警戒。
图4 水力局部通风机抽排综放工作面上隅角瓦斯
水力局部通风机使用过程中经实测，风筒内瓦斯浓度为2%~5%。风机是由铝合金制造，重量轻，随工作面前进，移动方便。
5 结论
（1）工作面U型通风方式适合瓦斯绝对涌出量<5.6 m3/min的煤层条件。而漳村煤矿综放工作面在正常回采时瓦斯绝对涌出量12 m3/min，因此U型通风方式不适合现有的回采工艺及开采强度。
（2）工作面改W型通风方式，适合漳村煤矿综放工作面开采。
（3）水力局部通风机适合用于漳村煤矿综放工作面抽排上隅角高浓度瓦斯。