采煤工作面 瓦斯治理技術的探討與應用 -----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生，甚至有的煤礦井下還發生瓦斯爆炸，嚴重地威脅著從業人員的生命安全和煤礦的安全生產。

在我國，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 通風系統絕大部分是采煤工作面反向通風系統。采煤工作面反向通風系統在 煤礦井下生產中作用相當明顯，從生產上講具有生產系統簡單、高產、高效、簡便易行的作用，從通風系統安全上講具有風流穩定，漏風少的獨特優越性，因此 采煤工作面反向通風系統的布置是 煤礦井下主要的 布置方法 。而這種工作面 反向通風系統 壁式采煤工作面的最大缺點是工作面上隅角瓦斯積聚（即刮板輸送機機尾瓦斯積聚）。采煤工作面上隅角瓦斯濃度大大超過《煤礦安全規程》規定的，采煤 工作面 瓦斯爆炸 嚴重地威脅著從業人員的生命安全和煤礦井下的安全生產。是采煤工作面重大隱患，也是重大危險源，是長期困擾煤礦安全生產的一大難題，至今全國乃至全世界尚未真正解決的世界性煤礦重大難題。

為了解決此類問題，傳統的方法是：采取工作面順向通風系統或在工作面上隅角掛風幛兩種。第一種方法是采用工作面順向通風系統的方法能夠有效解決工作面上隅角瓦斯積聚問題，效果很好，但是采取工作面順向通風系統需要掘進大量巷道，須掘進一條上千米的工作面回風巷，還須送一條幾十米或幾百米的沿采空區巷道（既沿空留巷或沿空送巷）。掘進這些巷道需增加大量資金投入和增加上百萬元（甚至上千萬元）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系統，只有極個別大型礦井采用工作面順向通風系統或工作面順向摻新通風系統。第二種方法是工作面上隅角掛風幛的瓦斯處理辦法，這種方法是在采煤工作面上隅角處傾斜吊掛風幛，改變少部分風流方向達到稀釋瓦斯的目的。工作面吊掛風幛最大缺點是在不規則的巷道中風幛很難有效起作用，就是隨著工作面的推進速度風幛掛不住，再者風幛損壞嚴重。工作面吊掛風幛的方法可以臨時解決一下瓦斯積聚，但是不能永久或徹底解決瓦斯積聚問題，沒有從根本上解決采煤工作面瓦斯積聚問題，采煤工作面仍然存在發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解決現有煤礦井下采煤工作面上隅角存在的瓦斯積聚而超標易造成瓦斯爆炸和治理費用昂貴的技術難點。

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有煤礦井下采煤工作面上隅角存在的瓦斯超標易造成瓦斯爆炸和治理費用昂貴的技術難點，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瓦斯分離器、瓦斯導風管、三叉排風器和焚風通風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題，并且治理費用低，經濟效益好。具有治理瓦斯徹底、節能環保、治理費用低和經濟效益好等優點。特別指出煤礦井下煤倉瓦斯積聚治理裝置是：無噪音、無動力、無能耗、無污染的通風構造設施， 純屬于環保節能型產品。

3、實施安全效果

下面結合實施進一步的描述。

本實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通風器、瓦斯分離器、瓦斯導風管和三叉排風器構成的有機體；采煤工作面上隅角瓦斯積聚治理裝置，采用了一個焚風通風器、瓦斯分離器、瓦斯導風管和三叉排風器組成，且焚風通風器、瓦斯分離器、瓦斯導風管和三叉排風器組成的整體綜合裝置。采煤工作面的控頂距、采煤工作面采空區的冒落方法、采煤工作面煤壁的推進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，都對采煤工作面上隅角的瓦斯濃度的積聚有直接影響。

瓦斯分離器一端與瓦斯導風管或三叉排風器相連接，另一端伸向采煤工作面的采空區。瓦斯分離器的作用是把采煤工作面的采空區浮煤和矸石與采空區積聚的瓦斯分離，分離后的瓦斯進入瓦斯分離器通向瓦斯導風管排出采煤工作面上隅角以外進入瓦斯導風管，達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構由筒體、瓦斯釋放帽、瓦斯釋放孔和把捎構成，瓦斯釋放帽設在筒體的體部，瓦斯釋放孔和把捎均勻設在筒體上。 瓦斯釋放孔為矩形過濾孔、同心圓過濾孔和禁止符過濾孔；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器為扇狀四通抗靜電玻璃鋼筒體，三叉排風器設在采區回風道或主要回風道中 上方旁側，與采煤工作面瓦斯導風管相連接，三叉排風器的功能使風流和瓦斯永遠按一定方向運動 ；三叉排風器的作用是保證瓦斯永遠按要求的風流方向運動，防止風流方向逆轉。

采煤工作面瓦斯導風管一端與三叉排風器相連接；另一端與采煤工作面焚風通風器相連接。瓦斯導風管的作用是把采煤工作面上隅角稀釋來的瓦斯輸送到采區回風道或主要回風道，達到采煤工作面安全生產的目的。

采煤工作面焚風通風器、瓦斯導風管、三叉排風器和焚風通風器共同組成一個有機的整體；瓦斯分離器、瓦斯導風管、三叉排風器和焚風通風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，達到煤礦井下采煤工作面安全生產的目的（如圖表2所示）。

4、經濟效益評價

根據24638采煤工作面現有情況為例概算其經濟效益。

4.1 采區24638采煤工作面現狀

該24638采煤工作面采用順向摻新通風系統，解決工作面上隅角瓦斯積聚問題。為解決工作面上隅角瓦斯積聚問題需增加掘進一條1300 m的工作面回風巷（煤巷），掘進（開拓）一條120 m巖巷，工作面沿空送巷900 m。

工作面回風巷設在6號煤煤層中，全長1300m, 斷面為梯形, 支架是梯形棚子加支柱,斷面積12㎡,與采區回風道相連通; 開拓一條120 m的巖石聯絡巷道, 斷面為半圓錨噴, 斷面積12㎡, 一端與工作面回風巷相連接；另一端與采區回風道（主要回風道）相連通; 工作面沿空送巷900 m, 與沿空送巷設在方的采空區上方旁側, 斷面一側為煤幫,另一側為采空區的不規則巷道 。

該24638采煤工作面采用順向摻新通風系統是：采區進風道→24638采煤工作面進風巷→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→巖石聯絡巷道→采煤工作面回風巷→采區回風道→主要回風道。采煤工作面采用順向摻新通風系統增加的巷道是采煤工作面沿空送巷、巖石聯絡巷道、采煤工作面回風巷（如圖表1所示）。

4.2 采區 24638 采煤工作面 通風系統方案

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系統（如圖表1所示）改為采煤工作面反向通風系統（如圖表2所示）。

采煤工作面反向通風系統是：采區進風道→24638采煤工作面進風巷→24638采煤工作面→24638→采區回風道。采煤工作面反向通風系統比采煤工作面采用順向摻新通風系統簡單很多。

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20m方向工作面回風巷處（如圖表2所示）。

4.3、 費用

新型瓦斯積聚治理裝置方案經濟效益是 若 采用采煤工作面反向通風系統， 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、巖石聯絡巷道、采煤工作面回風巷。

1）采煤工作面回風巷

采煤工作面回風巷設在煤層中全長1300m, 斷面為矩形,斷面積為高3×寬4 = 12㎡, 斷面支護采用錨噴，支柱是液壓單體支柱。服務年限1.5年（18個月）。

掘進費用：1300m ×2168元/m = 2818400 元；
維護費用：1300m×8﹪×18 = 4058496 ；
支柱費用：1300m×2 × 80 = 208000 ；
合計： 2818400 ＋ 4058496 ＋ 208000 = 7084896 元 = 708.49 萬元。

2）、開拓巖石聯絡巷道

開拓巖石聯絡巷道全長 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。 服務年限1.5年（18個月）。

開拓費用： 235.5 m×7869 元 /m = 185.31 萬元；
維護費用： 185.31 ×4﹪×18 = 133.42 萬元；
其他費用：360 .62 萬元 （包括梯子檔、穿層加錮）
合計： 185.31 ＋ 133.4 2＋360 .62 = 679.35 萬元

3）、采煤工作面沿空送

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

掘進費用：900×498 元 /m = 44.82 萬元
維護費用： 44.82 ×45﹪×12 = 242.0 3 萬元
其他費用： 236 萬元
合計： 242.0 3＋ 44.82 ＋236 = 522.8 5 萬元

4）、其他費用：386 萬元

5）、合計總費用： 708.4 9 ＋ 679.35 ＋ 522.8 5＋386 = 2278.69 萬元

6） 新型瓦斯積聚治理裝置 費用：包括制造加工、安裝、成本等為68 萬元

則： 2278.69 －68 = 2210.69 萬元

結果：新型瓦斯積聚治理裝置的 一次性 制造加工 成本費用為 6 8萬元 ， 則節省費用為 2210.69 萬元。

可見在采區 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、經濟、永固、無動力的構造設施，所帶來的 經濟效益相當可觀。

全國采煤工作面達到上千萬個,均采用采煤工作面反向通風系統，其節約費用可達 百億元，而且安全可靠。

5、社會效益

新裝置填補了我國選煤廠瓦斯治理的空白，開創了我國無動力治理瓦斯新經驗和先例，對所有煤礦井下采煤工作面的瓦斯治理開辟了一條新途徑，為以后煤礦井下采煤工作面設計提供了先進的新技術，實現了煤礦井下采煤工作面永久性的瓦斯治理。同時由于該系列裝置結構簡單，管理方便，不需經常維修，無需專人操作，具有簡便易行、經濟實用、安全可靠等優點，煤礦井下采煤工作面瓦斯治理為改變煤礦形象 、消除社會對煤礦安全的不良印象起到積極作用， 因此易于在全國煤炭行業﹝以及礦山﹞推廣使用，具有深遠的現實意義。

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、廚房無動力排油煙機等等領域。

6、結論

總結煤礦井下采煤工作面上隅角瓦斯治理裝置，具有以下特點：

1）、煤礦井下采煤工作面上隅角瓦斯治理裝置的技術發明屬于國內首創，世界先進，具有技術先進、科學合理，填補了我國煤礦井下采煤工作面上隅角瓦斯治理的空白。屬于世界性先進技術，達到世界先進水平。

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題。它的研制成功將對所有煤礦井下采煤工作面上隅角瓦斯治理開辟一條新途徑。

3）、煤礦井下采煤工作面上隅角瓦斯治理裝置是安全、經濟的構造設施，一次安裝，永久使用，經濟實用，所帶來的經濟效益相當可觀。

4）、煤礦井下采煤工作面上隅角瓦斯治理裝置結構簡單，管理方便，不需經常維修，簡便易行，無需專人操作，易于推廣使用，且開創了我國煤礦井下煤倉無動力治理瓦斯經驗和先例。

5）、煤礦井下采煤工作面上隅角瓦斯治理裝置，開創了我國無動力治理瓦斯新經驗。

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噪音、無動力、無污染的通風構造設施，純屬于環保節能型產品。

煤礦井下采煤工作面上隅角瓦斯治理裝置在全國乃至全世界推廣使用, 開創了我國瓦斯治理的先驅，具有推廣使用價值。