綜放面U型通風系統“四位一體”的瓦斯治理技術
［摘要］U型通風系統是低瓦斯礦井采煤工作面使用較普遍的一種通風系統，但是隨著綜采放頂煤技術在低瓦斯礦井的應用，其工藝程序完全機械化，大改善作業條件，工作面產量也大大提高，但瓦斯的涌出量也增大，其危害更加突出，根據現場生產情況，制定的“四位一體”全方位瓦斯治理技術，能夠有效的降低工作面及上隅角的瓦斯，確保采煤工作面的安全生產，促進煤礦開采技術的發展。
［關鍵詞］綜放工作面；通風系統；“四位一體”；治理技術
1 概述
采煤工作面U型后退式通風系統是只有1條進風巷和1條回風巷，且進風流不經過采空區，具有巷道施工維修量小，工作面漏風小，風流穩定，風流質量好，易于管理等優點，此類通風系統在回采工作面的風量到達上隅角時，由于風流的拐彎而造成上隅角風量減少，以及采空區的漏風而帶出的瓦斯積聚在上隅角，在上隅角風流形成渦流區，造成工作面上隅角瓦斯濃度大，易超限，制約采煤工作面的安全生產。由于系統本身特點，所以U型通風系統適用于低瓦斯礦井采煤工作面的通風系統布置。
目前隨著采煤技術的發展，綜放頂煤技術已應用到生產中，綜采放頂煤法實現了落煤、放煤、支護和運輸的完全機械化，同時減少了工作面的掘進量，并提高了回采工作的產量，不僅改善了工人的工作條件，而且提高了生產效益，但是隨著采煤工作面產量的提高，工作面瓦斯的涌出量也增大，給采煤工作面瓦斯的防治帶來新的問題。
2 綜放工作面瓦斯分析
通過對綜放工作面瓦斯來源的深入分析，瓦斯不僅出自揭露的煤體表面，同時，由于在開采過程中放頂區和采空區煤柱應力變化造成煤體裂隙的增多，使煤體釋放的瓦斯量也隨之加大，形成綜放工作面的瓦斯庫，其瓦斯來源是采空區內的殘煤、底板煤和靠近采空區的上下煤柱，其涌出形式隨著頂板周期來壓而形成大的波動。
綜采工作面的瓦斯分布在沿風流方向，采機、放頂煤的支架與工作面風巷之間的工作面和后溜子空間，以及工作面的上隅角的渦流區。
3 “四位一體”瓦斯治理技術
根據后退式U型通風系統的特點，現提出“四位一體”的瓦斯治理技術?！八奈灰惑w”治理技術是指加大工作面的風量、減小上隅角空間、吊掛便攜式瓦檢儀，安設風水噴霧器?！八奈灰惑w”治理技術是綜放工作面全方位的瓦斯防治技術，能夠有效地降低綜放工作面的瓦斯濃度，確保綜放工作面安全生產。
3.1加大工作面的風量
提供足夠的風量是回采工作面安全生產的根本保證。加大工作面各點的風量是綜放工作面瓦斯防治的重要途徑。加大風量同時也能夠減小上隅角瓦斯渦流聚積的范圍。
a.調整采區的風量。通過調整采區的通風系統，提高綜放工作面進風巷的風量。同時在生產過程中，加強采區通風設施的管理，縮短通過風門的時間，避免漏風大而降低綜放工作面的風量。
b.保證有效的通風斷面。加強工作面機尾端頭支護的管理，及時回撤尾端頭的支柱和清理機尾處的雜物，保證工作面前溜子和后溜子入口處的通風斷面。避免因雜物堆積縮小通風斷面造成通風阻力大而降低后溜子運輸空間的風量。保證后溜子運輸空間的有效通風斷面，主要是放煤前后對支架尾梁的控制和后溜子兩側的浮煤的堆積。放頂煤后及時將支架尾梁調整到最高位置，并清理后溜子的兩測浮煤，加大后溜子運輸空間的有效通風斷面。
c.在上隅角增設風簾。在上隅角溜子機頭處設置兩道擋風簾增大上隅角的風量。一道擋風簾的位置要從上隅角到工作面端頭支架的前側支柱，一道擋風簾從端頭支架的后側支柱到工作面煤壁距回風巷2～3m，兩道擋風的重疊區域的長度不小于1m。吊掛質量必須平整嚴密，必須有效的遮擋風量。（圖1所示）
圖1風簾吊掛示意圖
圖2上隅角倒三角形狀
3.2減小上隅角的空間
上隅角空間的大小直接決定上隅角的瓦斯存在情況，采煤工作面的上隅角由于工作面機頭端頭的支柱沒有及時回撤，極易形成倒三角式的隅角，（圖2所示），造成上隅角空間范圍的擴大，加上瓦斯的積聚和風量小的因素，往往使得隅角瓦斯濃度超過規定的要求。在生產過程中，必須及時回撤工作面機頭的支柱，加強工作面機頭端頭的支護管理，嚴禁切頂柱滯后現象的出現。減少上隅角的風流渦流區域，從而降低上隅角的瓦斯濃度。保證回采工作面在生產過程中瓦斯不超限作業。
3.3安設風水引射器
風水引射器是用8mm厚鋼板，圈成圓錐形狀，將縫隙對焊而成，其結構尺寸如（圖3所示）。其施工技術要求為：
（1）高壓風管：將4寸法蘭盤和φ25mm的快速高壓接頭焊接，固定在4寸高壓風管上，φ25mm高壓軟管的另一端與風水引射器的入口連接并固定。
（2）靜壓水管：將2寸法蘭盤和φ10mm的快速高壓接頭焊接，固定在2寸靜壓水管上，φ10mm的高壓水管另一端與風水引射器的入水口連接并固定。
其工作原理是利用φ25mm的高壓軟管將風水引射器入風口與高壓風管連接，用φ10mm高壓軟管將風水引射器的入水管與靜壓水管連接，通過進入引射器的高壓風將引射器的水流霧化噴射到工作面上隅角，攪亂上隅角及其后來采空區的風流渦流現象，在上隅角空間與工作面回風巷形成比較穩定的紊流狀態的通道，將綜合放頂煤上隅角的瓦斯帶入工作面的回風巷。
風水引射器的安設技術要求：風水引射器吊掛在采煤工作面上隅角，其出口必須在距采空區切頂柱至少100～150mm距離，離頂板高度不大于300mm。隨著工作面的回采，逐漸人工外移。
3.4吊掛便攜式瓦檢儀
通過在采煤工作面的上隅角吊掛便攜式瓦通檢儀，加強對上隅角的瓦斯監測，及時發現瓦斯的變化。
便攜式瓦檢儀的吊掛要求：必須吊掛在離頂板不大于300mm，離巷道壁不小于200mm，距切頂柱100～200mm處。必須保證瓦檢儀在風水引射器出口的上方。保證瓦檢儀及時有效的監測上隅角的瓦斯情況。
圖3風水引射器示意圖
4 “四位一體”瓦斯防治技術的應用效果
西山煤電股份公司下屬的鎮城底礦屬低瓦斯礦井，礦井瓦斯涌出較高的南二采區的瓦斯相對涌出量為1.39m3/t。南二采區的22202、22206工作面的煤層為近水平，采用綜合放頂煤技術開采，工作面應配風量為445，實際配風量為478m3/min。在工作面的煤層為近水平，采用綜合頂煤技術開采，工作面應配風量為445，實際配風量為478m3/min。在工作面開采初期，未使用“四位一體”治理技術前，工作面上隅角瓦斯濃度在2.0～4.0%，嚴重影響采煤工作面的安全生產。采用“四位一體”治理技術后，風量增為525m3/min，工作面回風流瓦斯濃度控制在0.2～0.3%，上隅角瓦斯濃度控制在1.0%以下。有效地保證了采煤工作面的安全生產。
5 結論
綜采放頂煤采煤工作面的“四位一體”治理技術是全方位瓦斯治理技術，能有效地降低上隅角的瓦斯濃度，增強U型通風系統的安全性、穩定性。從而更大程度的發揮了U型通風系統的優越性。為采煤工作面的設計提供了一個安全、有力的證據。
