[科普中国]-采煤工作面瓦斯治理装置

提出背景

煤矿采煤工作面多采用“U”型通风方式，上隅角容易聚集瓦斯是其存在的主要问题。主要原因是进入采空区的漏风携带瓦斯从上隅角流出，与主风流汇合时形成漩涡区，不能及时被主风流带走，造成瓦斯聚集超限所致。一种简单有效的方法是及时将聚集的瓦斯躯散，由于存在瓦斯爆炸的安全隐患，对驱散使用的设备安全性要求很高。用水作动力的风流引射装置本身无机械运动部件，没有产生火花的隐患，为此，很早就有人研究应用于井下局部通风和除尘。早期出现的水射流引射装置，由于耗水量大或配套泵站庞大未能在井下推广应用。1

传统治理瓦斯方法传统的方法是：采取工作面顺向通风系统或在工作面上隅角挂风幛两种。

第一种方法是采用工作面顺向通风系统的方法能够有效解决工作面上隅角瓦斯积聚问题，效果很好，但是采取工作面顺向通风系统需要掘进大量巷道，须掘进一条上千米的工作面回风巷，还须送一条几十米或几百米的沿采空区巷道（既沿空留巷或沿空送巷）。掘进这些巷道会增加大量资金投入和增加上百万元（甚至上千万元）的采煤成本，甚至影响采掘衔接，因此绝大部分矿井不采用工作面顺向通风系统，只有极个别大型矿井采用工作面顺向通风系统或工作面顺向掺新通风系统。

第二种方法是工作面上隅角挂风幛的瓦斯处理办法，这种方法是在采煤工作面上隅角处倾斜吊挂风幛，改变少部分风流方向达到稀释瓦斯的目的。工作面吊挂风幛最大的缺点是在不规则的巷道中风幛很难有效起作用，即随着工作面的推进速度风幛挂不住，再者风幛损坏严重。工作面吊挂风幛的方法可以临时解决一下瓦斯积聚，但是不能永久或彻底解决瓦斯积聚问题，没有从根本上解决采煤工作面瓦斯积聚问题，采煤工作面仍然存在发生瓦斯爆炸事故造成的隐患。1

瓦斯治理装置的结构设计该装置由一个瓦斯分离器、瓦斯导风管、三叉排风器、瓦斯输送管和檒风通风器组成的整体综合装置，设在煤矿井下采煤工作面上隅角和放顶煤采煤工作面液压支架上，利用瓦斯导风管将瓦斯通往采煤工作面回风巷或采区主要回风道。下面结合实例对该装置作进一步的描述。如图1，瓦斯积聚治理分两部分：

其一是采煤工作面上隅角部分的瓦斯，由檒风通风器、上隅角采空区瓦斯分离器、瓦斯导风管、三叉排风器处理；

其二是综放采煤工作面的瓦斯由瓦斯分离器、软体瓦斯导风管、檒风通风器处理。

瓦斯分离器贯穿整个工作面（长度120～190m），安装在液压支架上方顶梁内侧。液压支架下的瓦斯分离器为刚性结构，两头由柔性软管连接，利用瓦斯导风管通往采煤工作面回风巷或采区主要回风道。分离后的瓦斯进入瓦斯分离器，通向瓦斯导风管排出到采煤工作面上隅角以外，进入瓦斯导风管，达到稀释采煤工作面瓦斯的目的。

图2 是采煤工作面三叉排风器的结构示意图。三叉排风器为扇状四通抗静电玻璃钢筒体，设在采区回风道或主要回风道中上方旁侧，与采煤工作面瓦斯导风管相连接。三叉排风器的功能使风流和瓦斯永远按一定方向运动，保证瓦斯按要求的风流方向运动，防止风流方向逆转。软体瓦斯导风管的结构为螺旋体型，导风管两端与刚性瓦斯分离器相连接，其作用是在液压支架迈步移动时能够输送瓦斯。檒风通风器由檒风曲线体、变线体、集风道等构成，主要功能是形成强大的檒风效应，按所要求的方向利用瓦斯导风管将瓦斯排到采煤工作面以外的采区回风道或主要回风道。

以上瓦斯分离器、瓦斯导风管、三叉排风器和焚风通风器共同组成一个有机整体，形成了整体综合装置，共同完成放顶煤采煤工作面和采煤工作面上隅角瓦斯稀释任务。2

特点采煤工作面上隅角瓦斯治理装置，具有以下特点：

1.煤矿井下采煤工作面上隅角瓦斯治理装置的技术发明属于国内首创，世界先进，具有技术先进、科学合理，填补了我国煤矿井下采煤工作面上隅角瓦斯治理的空白。属于世界性先进技术，达到世界先进水平。

2.煤矿井下采煤工作面上隅角瓦斯治理装置的使用将有效的治理煤矿井下采煤工作面上隅瓦斯积聚问题。它的研制成功将对所有煤矿井下采煤工作面上隅角瓦斯治理开辟一条新途径。

3.煤矿井下采煤工作面上隅角瓦斯治理装置是安全、经济的构造设施，一次安装，永久使用，经济实用，所带来的经济效益相当可观。

4.煤矿井下采煤工作面上隅角瓦斯治理装置结构简单，管理方便，不需经常维修，简便易行，无需专人操作，易于推广使用，且开创了我国煤矿井下煤仓无动力治理瓦斯经验和先例。

5.煤矿井下采煤工作面上隅角瓦斯治理装置，开创了我国无动力治理瓦斯新经验。

6.特别指出煤矿井下采煤工作面上隅角瓦斯治理装置是无噪音、无动力、无污染的通风构造设施，纯属于环保节能型产品。

煤矿井下采煤工作面上隅角瓦斯治理装置在全国乃至全世界推广使用, 开创了我国瓦斯治理的先驱，具有推广使用价值。3

社会效益新型瓦斯治理装置具有结构简单、管理方便、不需经常维修和无需专人操作等优点，与传统瓦斯治理技术相比，可以大幅度减少通风系统的巷道掘进与维护费用，该装置一次安装、永久使用，所带来的经济效益相当可观，为综放采煤工作面上隅瓦斯积聚治理开辟了一条新途径，易于在全国煤炭行业推广应用。

煤矿井下采煤工作面上隅角瓦斯治理装置由一个瓦斯分离器、瓦斯导风管、三叉排风器和檒风通风器组成的整体综合装置，能够降低采煤工作面上隅角的瓦斯含量，彻底治理采煤工作面上隅角瓦斯积聚的问题，并且治理费用低，经济效益好。具有治理瓦斯彻底、节能环保、治理费用低和经济效益好等优点。2