自动调压系统在工作面的技术研究与应用
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摘要：Y484工作面回采过程中受地面大气压影响，采空区瓦斯容易集中涌出，导致矿井局部地点或区域瓦斯浓度急剧增加，对矿井正常生产造成很大影响。
通过研究地面大气压与工作面的瓦斯涌出变化规律和分析，对均压区域通风现状模拟，设计自动控制均压风门装置；依靠矿井监测系统，开发一套能够实现自动控制的压力调节装置，达到实时抑制采空区瓦斯涌出的目的。
关键词：地面大气压；自动控制均压；瓦斯涌出
唐山矿始建于1878年，距今已有141年的开采历史。开采年限长，井深巷远，通风系统复杂，采空区相互连通，随着近几年高产高效工作面的推广应用，采空区的遗煤也越来越多，给矿井瓦斯防治来巨大的压力。为此笔者就该矿Y484工作面回采期间自动调压系统技术进行了尝试应用，从中摸索到了工作面回采期间瓦斯防治应该注意的一些问题，为类似的瓦斯治理工作提供了宝贵的经验。
1 概况
1.1 工作面概况
Y484工作面是唐山矿岳胥区-950水平的综放工作面，三面均被采空区包裹，属于半孤岛煤柱；由于工作面通风路线长，巷道阻力大，通风能力紧张，工作面瓦斯受大气压影响较为严重，工作面瓦斯涌出量在10-20 m3/min。目前工作面参数：工作面走向长度799米；工作面倾斜长度153米；煤层倾角平均21°；煤层厚度平均11.5米。
1.2工作面隐患情况
Y484工作面回采过程中受地面大气压影响，采空区瓦斯容易集中涌出，导致矿井局部地点或区域瓦斯浓度急剧增加，对矿井正常生产造成很大影响。
2 技术目标
以均压区域巷道阻力测定，通风网络解算和通风压力调节为依据，找出调压的合理位置和调节口面积；依靠矿井监测系统，结合矿井采掘生产衔接和长远规划，研究开发一套能够实现自动控制的压力调节装置，并制定相应的方案及措施，达到实时抑制采空区瓦斯涌出的目的。
2.1技术内容
2.1.1现场调研井下均压区域的巷道结构，画出均压区域网络图。
2.1.2现场测量均压区域通风阻力、气压、瓦斯、瓦斯浓度、干湿度，地面大气压等基本参数。
2.1.3对现有大气压与瓦斯涌出关联性的数据进行统计分析。
2.1.4研究地面大气压的变化规律，得到地面大气压变化与采空区瓦斯涌出规律的关联性。
2.1.5基于通风阻力、通风压力变化規律，以局部通风网络解算和通风压力调节为依据，确定均压调压的合理位置和风窗调节口面积。
2.1.6基于矿井监测系统，设计并开发一套能够实现风门自动控制的调节装置，能实现自动控制、手动控制、远程控制。
2.1.7设计均压实施的整体方案，包括均压控制模式、含启动与恢复的设计模式。
2.1.8加工设计的风门自动控制的调节装置。
2.1.9制定均压区域均压时的方案及措施，达到实时抑制采空区瓦斯涌出的目的。
2.1.10现场实施自动均压系统，测试瓦斯控制效果，反馈修正参数；组织验收。
2.2技术方法和路线
采用现场调查、理论推导、现场测试、现场试验、计算机模拟计算相结合的的方法进行研究。具体技术路线为：
2.2.1进行煤矿相关基础参数的测定与分析。包括：①现场测量Y484工作面巷道阻力；②以通风网络解算和通风压力调节为依据，找出调压的合理位置和调节口面积；③分析各测定参数的准确性，校正测定的基础参数；④根据参数分析的基础上，对不合格的参数进行补测。
2.2.2根据测量的基础参数，分析找出合理构筑位置，根据大气压与矿井通风压力的关系分析出调节面积。
2.2.2依靠矿井监测系统，结合矿井采掘生产衔接和长远规划，研究开发一套能够实现自动控制的压力调节装置，并制定矿井自动调压系统的方案及措施。
2.2.4提出矿井自动调压系统的实施方案，完成矿井自动调压系统的实施方案的效果与经济分析。
3数据分析及总结
3.1地面大气压与井下静压力的关系
通过对地面大气压和井下静压力下降阶段的监测，可以得出地面大气压与井下静压力的下降幅度几乎一致；但是压力上升阶段可以看出井下静压力上升速率高于地面大气压。因为地面大气压变化造成了井下静压力变化，因此可以认为地面大气压对井下静压力的影响因数在上升阶段高于下降阶段。
3.2地面大气压与工作面瓦斯涌出的关系
分析工作面瓦斯浓度较高的情况，发现当大气压持续长时间下降时对瓦斯浓度的上升作用更明显。当地面大气压下降时，在前期瓦斯浓度并没有随之上升，而是先处于波动状态，缓慢波动上升，然后经过一段时间后才会表现出急剧上升趋势，表现出一定的滞后性。地面大气压变化幅度不大时瓦斯浓度维持在较低水平，与大气压数值大小没有表现出较好的相关性。
因为抽放的瓦斯与采空区内储存的瓦斯量比起来是很小的，所以抽放瓦斯流量大小对整个采空区影响甚微。瓦斯涌出的是由巷道内与采空区的气压差造成的，气压差才是决定性因素，因此即使对采空区瓦斯抽放流量增大，当巷道内气压下降幅度很大时，瓦斯涌出依旧会增强。
根据地面大气压与瓦斯涌出的关系，当瓦斯浓度急剧上升时，大气压力下降平均速率最低是40.7pa/h，但是并不是大气压下降40pa/h瓦斯浓度就会上升，因此瓦斯浓度应该是重要条件，为了判定瓦斯涌出增多是因为大气压降引起，所以设定次要条件是大气压降速率。当瓦斯浓度升高均达到0.4%以上，首先要考虑到春夏季地面大气压变化比冬天要大，所以略微上调瓦斯条件，因此确定启动均压调节程序的条件为瓦斯浓度0.5%以上且大气压下降速率40pa/h以上。因为最终目的是为了降低瓦斯浓度，所以把瓦斯浓度降低到0.5%以下作为均压调节机制的退出条件。
3.3均压方案模拟
现场测量Y484工作面静压，风速，干、湿温度以及巷道断面面积，并且进行现状模拟。择优方案在0044里大巷安装风门，即能达到采区提升压力又能能满足采煤工作面采面需风量且从经济效益最大化地角度而言，0044大巷安装风门对于煤矿的生产影响也较少。
4自动调压系统技术效果
4.1通过对Y484工作面采取自动调压系统技术进行治理，Y484工作面风量维持在20-23m3/s，回风瓦斯浓度降至0.5%以下；均有了很好的控制，并提高了矿井的安全生产能力。
4.2 Y484工作面的安全正常回采，确保了生产任务的顺利完成。
4.3 Y484工作面自动调压系统技术经过实践，达到了预期的效果，值得在今后相似区域的开发中推广。
作者简介：李龙龙（1988-），男，山西壶关人，2007年毕业于山西大同大学矿井通风与安全专业，2012年7月毕业于中国矿业大学采矿工程专业（函授），现任开滦唐山矿业分公司通风安全工程师，从事通防技术管理工作。
（作者单位：开滦（集团）有限责任公司唐山矿业分公司）
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