[科普中國(guó)]-采煤工作面瓦斯治理裝置

提出背景

煤礦采煤工作面多采用“U”型通風(fēng)方式，上隅角容易聚集瓦斯是其存在的主要問(wèn)題。主要原因是進(jìn)入采空區(qū)的漏風(fēng)攜帶瓦斯從上隅角流出，與主風(fēng)流匯合時(shí)形成漩渦區(qū)，不能及時(shí)被主風(fēng)流帶走，造成瓦斯聚集超限所致。一種簡(jiǎn)單有效的方法是及時(shí)將聚集的瓦斯軀散，由于存在瓦斯爆炸的安全隱患，對(duì)驅(qū)散使用的設(shè)備安全性要求很高。用水作動(dòng)力的風(fēng)流引射裝置本身無(wú)機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件，沒(méi)有產(chǎn)生火花的隱患，為此，很早就有人研究應(yīng)用于井下局部通風(fēng)和除塵。早期出現(xiàn)的水射流引射裝置，由于耗水量大或配套泵站龐大未能在井下推廣應(yīng)用。1

傳統(tǒng)治理瓦斯方法傳統(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)這些巷道會(huì)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，甚至影響采掘銜接，因此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)幛最大的缺點(diǎn)是在不規(guī)則的巷道中風(fēng)幛很難有效起作用，即隨著工作面的推進(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)生瓦斯爆炸事故造成的隱患。1

瓦斯治理裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)該裝置由一個(gè)瓦斯分離器、瓦斯導(dǎo)風(fēng)管、三叉排風(fēng)器、瓦斯輸送管和檒風(fēng)通風(fēng)器組成的整體綜合裝置，設(shè)在煤礦井下采煤工作面上隅角和放頂煤采煤工作面液壓支架上，利用瓦斯導(dǎo)風(fēng)管將瓦斯通往采煤工作面回風(fēng)巷或采區(qū)主要回風(fēng)道。下面結(jié)合實(shí)例對(duì)該裝置作進(jìn)一步的描述。如圖1，瓦斯積聚治理分兩部分：

其一是采煤工作面上隅角部分的瓦斯，由檒風(fēng)通風(fēng)器、上隅角采空區(qū)瓦斯分離器、瓦斯導(dǎo)風(fēng)管、三叉排風(fēng)器處理；

其二是綜放采煤工作面的瓦斯由瓦斯分離器、軟體瓦斯導(dǎo)風(fēng)管、檒風(fēng)通風(fēng)器處理。

瓦斯分離器貫穿整個(gè)工作面（長(zhǎng)度120～190m），安裝在液壓支架上方頂梁內(nèi)側(cè)。液壓支架下的瓦斯分離器為剛性結(jié)構(gòu)，兩頭由柔性軟管連接，利用瓦斯導(dǎo)風(fēng)管通往采煤工作面回風(fēng)巷或采區(qū)主要回風(fēng)道。分離后的瓦斯進(jìn)入瓦斯分離器，通向瓦斯導(dǎo)風(fēng)管排出到采煤工作面上隅角以外，進(jìn)入瓦斯導(dǎo)風(fēng)管，達(dá)到稀釋采煤工作面瓦斯的目的。

圖2 是采煤工作面三叉排風(fēng)器的結(jié)構(gòu)示意圖。三叉排風(fēng)器為扇狀四通抗靜電玻璃鋼筒體，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)，保證瓦斯按要求的風(fēng)流方向運(yùn)動(dòng)，防止風(fēng)流方向逆轉(zhuǎn)。軟體瓦斯導(dǎo)風(fēng)管的結(jié)構(gòu)為螺旋體型，導(dǎo)風(fēng)管兩端與剛性瓦斯分離器相連接，其作用是在液壓支架邁步移動(dòng)時(shí)能夠輸送瓦斯。檒風(fēng)通風(fēng)器由檒風(fēng)曲線(xiàn)體、變線(xiàn)體、集風(fēng)道等構(gòu)成，主要功能是形成強(qiáng)大的檒風(fēng)效應(yīng)，按所要求的方向利用瓦斯導(dǎo)風(fēng)管將瓦斯排到采煤工作面以外的采區(qū)回風(fēng)道或主要回風(fēng)道。

以上瓦斯分離器、瓦斯導(dǎo)風(fēng)管、三叉排風(fēng)器和焚風(fēng)通風(fēng)器共同組成一個(gè)有機(jī)整體，形成了整體綜合裝置，共同完成放頂煤采煤工作面和采煤工作面上隅角瓦斯稀釋任務(wù)。2

特點(diǎn)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。3

社會(huì)效益新型瓦斯治理裝置具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、管理方便、不需經(jīng)常維修和無(wú)需專(zhuān)人操作等優(yōu)點(diǎn)，與傳統(tǒng)瓦斯治理技術(shù)相比，可以大幅度減少通風(fēng)系統(tǒng)的巷道掘進(jìn)與維護(hù)費(fèi)用，該裝置一次安裝、永久使用，所帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益相當(dāng)可觀，為綜放采煤工作面上隅瓦斯積聚治理開(kāi)辟了一條新途徑，易于在全國(guó)煤炭行業(yè)推廣應(yīng)用。

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)器和檒風(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瓦斯含量，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)。2