采煤工作面 瓦斯治理技術(shù)的探討與應(yīng)用-----煤礦井下采煤工作面上隅角瓦斯治理裝置

瓦斯之害，駭人聽(tīng)聞，瓦斯治理，迫在眉睫。煤礦井下瓦斯超限和瓦斯積聚頻頻發(fā)生，甚至有的煤礦井下還發(fā)生瓦斯爆炸，嚴(yán)重地威脅著從業(yè)人員的生命安全和煤礦的安全生產(chǎn)。

在我國(guó)，煤礦井下的工作面采煤方法絕大部分是采用壁式采煤工作面，壁式采煤工作面采用的 通風(fēng)系統(tǒng)絕大部分是采煤工作面反向通風(fēng)系統(tǒng)。采煤工作面反向通風(fēng)系統(tǒng)在 煤礦井下生產(chǎn)中作用相當(dāng)明顯，從生產(chǎn)上講具有生產(chǎn)系統(tǒng)簡(jiǎn)單、高產(chǎn)、高效、簡(jiǎn)便易行的作用，從通風(fēng)系統(tǒng)安全上講具有風(fēng)流穩(wěn)定，漏風(fēng)少的獨(dú)特優(yōu)越性，因此 采煤工作面反向通風(fēng)系統(tǒng)的布置是 煤礦井下主要的 布置方法 。而這種工作面 反向通風(fēng)系統(tǒng) 壁式采煤工作面的最大缺點(diǎn)是工作面上隅角瓦斯積聚（即刮板輸送機(jī)機(jī)尾瓦斯積聚）。采煤工作面上隅角瓦斯?jié)舛却蟠蟪^(guò)《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定的，采煤 工作面 瓦斯爆炸 嚴(yán)重地威脅著從業(yè)人員的生命安全和煤礦井下的安全生產(chǎn)。是采煤工作面重大隱患，也是重大危險(xiǎn)源，是長(zhǎng)期困擾煤礦安全生產(chǎn)的一大難題，至今全國(guó)乃至全世界尚未真正解決的世界性煤礦重大難題。

為了解決此類(lèi)問(wèn)題，傳統(tǒng)的方法是：采取工作面順向通風(fēng)系統(tǒng)或在工作面上隅角掛風(fēng)幛兩種。第一種方法是采用工作面順向通風(fēng)系統(tǒng)的方法能夠有效解決工作面上隅角瓦斯積聚問(wèn)題，效果很好，但是采取工作面順向通風(fēng)系統(tǒng)需要掘進(jìn)大量巷道，須掘進(jìn)一條上千米的工作面回風(fēng)巷，還須送一條幾十米或幾百米的沿采空區(qū)巷道（既沿空留巷或沿空送巷）。掘進(jìn)這些巷道需增加大量資金投入和增加上百萬(wàn)元（甚至上千萬(wàn)元）的采煤成本，還要影響采掘銜接，所以絕大部分礦井不采用工作面順向通風(fēng)系統(tǒng)，只有極個(gè)別大型礦井采用工作面順向通風(fēng)系統(tǒng)或工作面順向摻新通風(fēng)系統(tǒng)。第二種方法是工作面上隅角掛風(fēng)幛的瓦斯處理辦法，這種方法是在采煤工作面上隅角處傾斜吊掛風(fēng)幛，改變少部分風(fēng)流方向達(dá)到稀釋瓦斯的目的。工作面吊掛風(fēng)幛最大缺點(diǎn)是在不規(guī)則的巷道中風(fēng)幛很難有效起作用，就是隨著工作面的推進(jìn)速度風(fēng)幛掛不住，再者風(fēng)幛損壞嚴(yán)重。工作面吊掛風(fēng)幛的方法可以臨時(shí)解決一下瓦斯積聚，但是不能永久或徹底解決瓦斯積聚問(wèn)題，沒(méi)有從根本上解決采煤工作面瓦斯積聚問(wèn)題，采煤工作面仍然存在發(fā)生瓦斯爆炸事故的造成的隱患。

本文煤礦井下采煤工作面上隅角瓦斯治理裝置主要針對(duì)解決現(xiàn)有煤礦井下采煤工作面上隅角存在的瓦斯積聚而超標(biāo)易造成瓦斯爆炸和治理費(fèi)用昂貴的技術(shù)難點(diǎn)。

2、煤礦井下的采煤工作面瓦斯治理裝置的研究

煤礦井下采煤工作面上隅角瓦斯治理裝置的目的是解決現(xiàn)有煤礦井下采煤工作面上隅角存在的瓦斯超標(biāo)易造成瓦斯爆炸和治理費(fèi)用昂貴的技術(shù)難點(diǎn)，并提供一種能治理煤礦井下采煤工作面上隅角瓦斯積聚和消除瓦斯的且治理費(fèi)用低的采煤工作面上隅角瓦斯積聚治理綜合裝置。

煤礦井下采煤工作面上隅角瓦斯治理裝置由一個(gè)瓦斯分離器、瓦斯導(dǎo)風(fēng)管、三叉排風(fēng)器和焚風(fēng)通風(fēng)器組成的整體綜合裝置，能夠降低采煤工作面上隅角的全部瓦斯，徹底治理采煤工作面上隅角瓦斯積聚的問(wèn)題，并且治理費(fèi)用低，經(jīng)濟(jì)效益好。具有治理瓦斯徹底、節(jié)能環(huán)保、治理費(fèi)用低和經(jīng)濟(jì)效益好等優(yōu)點(diǎn)。特別指出煤礦井下煤倉(cāng)瓦斯積聚治理裝置是：無(wú)噪音、無(wú)動(dòng)力、無(wú)能耗、無(wú)污染的通風(fēng)構(gòu)造設(shè)施， 純屬于環(huán)保節(jié)能型產(chǎn)品。

3、實(shí)施安全效果

下面結(jié)合實(shí)施進(jìn)一步的描述。

本實(shí)施例中的采煤工作面上隅角瓦斯積聚治理裝置，其由采煤工作面上隅角焚風(fēng)通風(fēng)器、瓦斯分離器、瓦斯導(dǎo)風(fēng)管和三叉排風(fēng)器構(gòu)成的有機(jī)體；采煤工作面上隅角瓦斯積聚治理裝置，采用了一個(gè)焚風(fēng)通風(fēng)器、瓦斯分離器、瓦斯導(dǎo)風(fēng)管和三叉排風(fēng)器組成，且焚風(fēng)通風(fēng)器、瓦斯分離器、瓦斯導(dǎo)風(fēng)管和三叉排風(fēng)器組成的整體綜合裝置。采煤工作面的控頂距、采煤工作面采空區(qū)的冒落方法、采煤工作面煤壁的推進(jìn)速度是采煤工作面重要組成部分，它們直接影響著瓦斯治理效果，都對(duì)采煤工作面上隅角的瓦斯?jié)舛鹊姆e聚有直接影響。

瓦斯分離器一端與瓦斯導(dǎo)風(fēng)管或三叉排風(fēng)器相連接，另一端伸向采煤工作面的采空區(qū)。瓦斯分離器的作用是把采煤工作面的采空區(qū)浮煤和矸石與采空區(qū)積聚的瓦斯分離，分離后的瓦斯進(jìn)入瓦斯分離器通向瓦斯導(dǎo)風(fēng)管排出采煤工作面上隅角以外進(jìn)入瓦斯導(dǎo)風(fēng)管，達(dá)到稀釋采煤工作面上隅角瓦斯的目的。

采煤工作面上隅角瓦斯分離器的結(jié)構(gòu)由筒體、瓦斯釋放帽、瓦斯釋放孔和把捎構(gòu)成，瓦斯釋放帽設(shè)在筒體的體部，瓦斯釋放孔和把捎均勻設(shè)在筒體上。 瓦斯釋放孔為矩形過(guò)濾孔、同心圓過(guò)濾孔和禁止符過(guò)濾孔；所述把捎為園缺形屋檐型，把捎位于瓦斯釋放孔的上方，旨在使煤（巖石）與瓦斯分離。

采煤工作面三叉排風(fēng)器為扇狀四通抗靜電玻璃鋼筒體，三叉排風(fēng)器設(shè)在采區(qū)回風(fēng)道或主要回風(fēng)道中 上方旁側(cè)，與采煤工作面瓦斯導(dǎo)風(fēng)管相連接，三叉排風(fēng)器的功能使風(fēng)流和瓦斯永遠(yuǎn)按一定方向運(yùn)動(dòng) ；三叉排風(fēng)器的作用是保證瓦斯永遠(yuǎn)按要求的風(fēng)流方向運(yùn)動(dòng)，防止風(fēng)流方向逆轉(zhuǎn)。

采煤工作面瓦斯導(dǎo)風(fēng)管一端與三叉排風(fēng)器相連接；另一端與采煤工作面焚風(fēng)通風(fēng)器相連接。瓦斯導(dǎo)風(fēng)管的作用是把采煤工作面上隅角稀釋來(lái)的瓦斯輸送到采區(qū)回風(fēng)道或主要回風(fēng)道，達(dá)到采煤工作面安全生產(chǎn)的目的。

采煤工作面焚風(fēng)通風(fēng)器、瓦斯導(dǎo)風(fēng)管、三叉排風(fēng)器和焚風(fēng)通風(fēng)器共同組成一個(gè)有機(jī)的整體；瓦斯分離器、瓦斯導(dǎo)風(fēng)管、三叉排風(fēng)器和焚風(fēng)通風(fēng)器的組成形成了整體綜合裝置，共同完成采煤工作面上隅角瓦斯稀釋任務(wù)，達(dá)到煤礦井下采煤工作面安全生產(chǎn)的目的（如圖表2所示）。

4、經(jīng)濟(jì)效益評(píng)價(jià)

根據(jù)24638采煤工作面現(xiàn)有情況為例概算其經(jīng)濟(jì)效益。

4.1 采區(qū)24638采煤工作面現(xiàn)狀

該24638采煤工作面采用順向摻新通風(fēng)系統(tǒng)，解決工作面上隅角瓦斯積聚問(wèn)題。為解決工作面上隅角瓦斯積聚問(wèn)題需增加掘進(jìn)一條1300 m的工作面回風(fēng)巷（煤巷），掘進(jìn)（開(kāi)拓）一條120 m巖巷，工作面沿空送巷900 m。

工作面回風(fēng)巷設(shè)在6號(hào)煤煤層中，全長(zhǎng)1300m, 斷面為梯形, 支架是梯形棚子加支柱,斷面積12㎡,與采區(qū)回風(fēng)道相連通; 開(kāi)拓一條120 m的巖石聯(lián)絡(luò)巷道, 斷面為半圓錨噴, 斷面積12㎡, 一端與工作面回風(fēng)巷相連接；另一端與采區(qū)回風(fēng)道（主要回風(fēng)道）相連通; 工作面沿空送巷900 m, 與沿空送巷設(shè)在方的采空區(qū)上方旁側(cè), 斷面一側(cè)為煤幫,另一側(cè)為采空區(qū)的不規(guī)則巷道 。

該24638采煤工作面采用順向摻新通風(fēng)系統(tǒng)是：采區(qū)進(jìn)風(fēng)道→24638采煤工作面進(jìn)風(fēng)巷→24638采煤工作面→24638采煤工作面上隅角→24638采煤工作面沿空送巷→巖石聯(lián)絡(luò)巷道→采煤工作面回風(fēng)巷→采區(qū)回風(fēng)道→主要回風(fēng)道。采煤工作面采用順向摻新通風(fēng)系統(tǒng)增加的巷道是采煤工作面沿空送巷、巖石聯(lián)絡(luò)巷道、采煤工作面回風(fēng)巷（如圖表1所示）。

4.2 采區(qū) 24638 采煤工作面 通風(fēng)系統(tǒng)方案

采用煤礦井下采煤工作面上隅角瓦斯治理裝置后，將 該24638采煤工作面順向摻新通風(fēng)系統(tǒng)（如圖表1所示）改為采煤工作面反向通風(fēng)系統(tǒng)（如圖表2所示）。

采煤工作面反向通風(fēng)系統(tǒng)是：采區(qū)進(jìn)風(fēng)道→24638采煤工作面進(jìn)風(fēng)巷→24638采煤工作面→24638→采區(qū)回風(fēng)道。采煤工作面反向通風(fēng)系統(tǒng)比采煤工作面采用順向摻新通風(fēng)系統(tǒng)簡(jiǎn)單很多。

煤礦井下采煤工作面上隅角瓦斯治理裝置就布置在煤礦井下采煤工作面上隅角處和采煤工作面順槽的超前支護(hù)20m方向工作面回風(fēng)巷處（如圖表2所示）。

4.3、 費(fèi)用

新型瓦斯積聚治理裝置方案經(jīng)濟(jì)效益是 若 采用采煤工作面反向通風(fēng)系統(tǒng)， 安裝 煤礦井下采煤工作面上隅角瓦斯治理裝置 則： 減少的巷道是采煤工作面沿空送巷、巖石聯(lián)絡(luò)巷道、采煤工作面回風(fēng)巷。

1）采煤工作面回風(fēng)巷

采煤工作面回風(fēng)巷設(shè)在煤層中全長(zhǎng)1300m, 斷面為矩形,斷面積為高3×寬4 = 12㎡, 斷面支護(hù)采用錨噴，支柱是液壓?jiǎn)误w支柱。服務(wù)年限1.5年（18個(gè)月）。

掘進(jìn)費(fèi)用：1300m ×2168元/m = 2818400 元；
維護(hù)費(fèi)用：1300m×8﹪×18 = 4058496 ；
支柱費(fèi)用：1300m×2 × 80 = 208000 ；
合計(jì)： 2818400 ＋ 4058496 ＋ 208000 = 7084896 元 = 708.49 萬(wàn)元。

2）、開(kāi)拓巖石聯(lián)絡(luò)巷道

開(kāi)拓巖石聯(lián)絡(luò)巷道全長(zhǎng) 235.5 m，，斷面積2.5×2.5×3.14 = 19.625 ㎡，斷面為直徑5m的圓形斷面為半圓錨噴。 服務(wù)年限1.5年（18個(gè)月）。

開(kāi)拓費(fèi)用： 235.5 m×7869 元 /m = 185.31 萬(wàn)元；
維護(hù)費(fèi)用： 185.31 ×4﹪×18 = 133.42 萬(wàn)元；
其他費(fèi)用：360 .62 萬(wàn)元 （包括梯子檔、穿層加錮）
合計(jì)： 185.31 ＋ 133.4 2＋360 .62 = 679.35 萬(wàn)元

3）、采煤工作面沿空送

工作面沿空送巷需要全長(zhǎng)900 m,（其余部分不于維護(hù)）斷面積保證8㎡, 服務(wù)年限1年（12個(gè)月）。

掘進(jìn)費(fèi)用：900×498 元 /m = 44.82 萬(wàn)元
維護(hù)費(fèi)用： 44.82 ×45﹪×12 = 242.0 3 萬(wàn)元
其他費(fèi)用： 236 萬(wàn)元
合計(jì)： 242.0 3＋ 44.82 ＋236 = 522.8 5 萬(wàn)元

4）、其他費(fèi)用：386 萬(wàn)元

5）、合計(jì)總費(fèi)用： 708.4 9 ＋ 679.35 ＋ 522.8 5＋386 = 2278.69 萬(wàn)元

6） 新型瓦斯積聚治理裝置 費(fèi)用：包括制造加工、安裝、成本等為68 萬(wàn)元

則： 2278.69 －68 = 2210.69 萬(wàn)元

結(jié)果：新型瓦斯積聚治理裝置的 一次性 制造加工 成本費(fèi)用為 6 8萬(wàn)元 ， 則節(jié)省費(fèi)用為 2210.69 萬(wàn)元。

可見(jiàn)在采區(qū) 24638 采煤工作面安裝“煤礦井下采煤工作面上隅角瓦斯治理裝置”以后，由于該裝置是安全、經(jīng)濟(jì)、永固、無(wú)動(dòng)力的構(gòu)造設(shè)施，所帶來(lái)的 經(jīng)濟(jì)效益相當(dāng)可觀。

全國(guó)采煤工作面達(dá)到上千萬(wàn)個(gè),均采用采煤工作面反向通風(fēng)系統(tǒng)，其節(jié)約費(fèi)用可達(dá) 百億元，而且安全可靠。

5、社會(huì)效益

新裝置填補(bǔ)了我國(guó)選煤廠瓦斯治理的空白，開(kāi)創(chuàng)了我國(guó)無(wú)動(dòng)力治理瓦斯新經(jīng)驗(yàn)和先例，對(duì)所有煤礦井下采煤工作面的瓦斯治理開(kāi)辟了一條新途徑，為以后煤礦井下采煤工作面設(shè)計(jì)提供了先進(jìn)的新技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了煤礦井下采煤工作面永久性的瓦斯治理。同時(shí)由于該系列裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，管理方便，不需經(jīng)常維修，無(wú)需專(zhuān)人操作，具有簡(jiǎn)便易行、經(jīng)濟(jì)實(shí)用、安全可靠等優(yōu)點(diǎn)，煤礦井下采煤工作面瓦斯治理為改變煤礦形象 、消除社會(huì)對(duì)煤礦安全的不良印象起到積極作用， 因此易于在全國(guó)煤炭行業(yè)﹝以及礦山﹞推廣使用，具有深遠(yuǎn)的現(xiàn)實(shí)意義。

該裝置原理，可以拓展到所有需要排氣、排污的建筑、工廠、礦山，以及民宅、廚房無(wú)動(dòng)力排油煙機(jī)等等領(lǐng)域。

6、結(jié)論

總結(jié)煤礦井下采煤工作面上隅角瓦斯治理裝置，具有以下特點(diǎn)：

1）、煤礦井下采煤工作面上隅角瓦斯治理裝置的技術(shù)發(fā)明屬于國(guó)內(nèi)首創(chuàng)，世界先進(jìn)，具有技術(shù)先進(jìn)、科學(xué)合理，填補(bǔ)了我國(guó)煤礦井下采煤工作面上隅角瓦斯治理的空白。屬于世界性先進(jìn)技術(shù)，達(dá)到世界先進(jìn)水平。

2）、煤礦井下采煤工作面上隅角瓦斯治理裝置的使用將有效的治理煤礦井下采煤工作面上隅瓦斯積聚問(wèn)題。它的研制成功將對(duì)所有煤礦井下采煤工作面上隅角瓦斯治理開(kāi)辟一條新途徑。

3）、煤礦井下采煤工作面上隅角瓦斯治理裝置是安全、經(jīng)濟(jì)的構(gòu)造設(shè)施，一次安裝，永久使用，經(jīng)濟(jì)實(shí)用，所帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益相當(dāng)可觀。

4）、煤礦井下采煤工作面上隅角瓦斯治理裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，管理方便，不需經(jīng)常維修，簡(jiǎn)便易行，無(wú)需專(zhuān)人操作，易于推廣使用，且開(kāi)創(chuàng)了我國(guó)煤礦井下煤倉(cāng)無(wú)動(dòng)力治理瓦斯經(jīng)驗(yàn)和先例。

5）、煤礦井下采煤工作面上隅角瓦斯治理裝置，開(kāi)創(chuàng)了我國(guó)無(wú)動(dòng)力治理瓦斯新經(jīng)驗(yàn)。

6）、特別指出煤礦井下采煤工作面上隅角瓦斯治理裝置是無(wú)噪音、無(wú)動(dòng)力、無(wú)污染的通風(fēng)構(gòu)造設(shè)施，純屬于環(huán)保節(jié)能型產(chǎn)品。

煤礦井下采煤工作面上隅角瓦斯治理裝置在全國(guó)乃至全世界推廣使用, 開(kāi)創(chuàng)了我國(guó)瓦斯治理的先驅(qū)，具有推廣使用價(jià)值。