1、附录A工作面上隅角瓦斯治理的研究摘要随着煤层开采深度不断增加，煤层瓦斯含量增大；同时回采工作面实现了采煤机械化，产生了大量高产高效工作面。瓦斯涌出量不断增加，使一部分原来工作面瓦斯不大矿井，也出现了上隅角瓦斯积聚超限,工作面瓦斯最高的地点就是上隅角,高瓦斯工作面上隅角瓦斯大,严重影响安全生产。因此,控制上隅角瓦斯对防止瓦斯事故,确保回采工作面安全尤为重要。本文详细地分析了采煤工作面上隅角瓦斯积聚的原因及其规律。并有针对性的提出了防治工作面上隅角瓦斯积聚超限的具体措施。对防治工作面上隅角瓦斯积聚超限工作有一定参考价值。关键词：工作面；上隅角；瓦斯治理 1采煤工作面瓦斯来源及其浓度分布规律 采煤工
2、作面瓦斯来源有两个方面，一是来自采煤工作面煤壁及采落的煤块；二来自采空区。其中采空区瓦斯也来自两方面，一是来自采空区残留煤体，二是来自受采动影响的临近煤层和围岩。采煤工作面瓦斯浓度分布规律是:沿工作面倾斜方向从进风到回风风流瓦斯浓度逐渐增加，在中下部增加梯度较小而且慢，在工作面上部增加梯度较大而且较快；在垂直于煤壁的横断面上，瓦斯浓度总的变化趋势是从煤壁到采空区是“高低高”但在不同生产工艺时不同的断面上变化趋势不同；工作面上隅角瓦斯浓度高于工作面其他地点，其中上隅角上部及煤壁瓦斯浓度最高。 2上隅角瓦斯积聚原因 （1）在工作面U型通风系统中，在进风巷回风巷风流压差作用下，工作面风流分两部分，一
3、部分直接从工作面流过，另一部分从工作面中下部流入采空区，经采空区再回到工作面上部及上隅角。这样必然造成工作面上隅角瓦斯积聚。根据U型工作面采空区的漏风流流线图、风速等值线图和瓦斯浓度线图。从而显示出上隅角是采空区瓦斯集中涌出通道。另外采空区内含瓦斯空气密度相对于空气来讲要轻。当存在高差时能产生一种自然上浮的“瓦斯力”必然使采空区中高浓度瓦斯向采煤工作面上隅角运移。增加了上隅角瓦斯涌出量。 （2）采煤工作面采空区残留浮煤或邻近层、老采空区瓦斯涌出等,造成了采空区积存大量高浓度瓦斯,又因瓦斯密度小,能沿倾斜向上移动,使部分瓦斯容易聚集在上隅角附近,形成高瓦斯区。 （3）通过理论分析和实验研究，采煤
4、工作面的风流运动状态也是瓦斯积聚一个重要原因。在上隅角附近，由于主风流方向的改变和几何条件限制，风流呈涡流形式。靠近采空区边界，涡流的时均速度和脉动速度都等于零，但采空区向上隅角涌出大量高浓度瓦斯，形成瓦斯驱潜运移运动方式；在上隅角靠近煤壁侧，涡流的时均速度和脉动速度也都等于零，如不存在瓦斯源，在“瓦斯压力”作用出现附壁效应，但附壁厚度不大，其瓦斯运移方式以分之扩散为主；在涡流区内虽然时均速度和脉动速度都相对较大，但由于风流的涡流运动形式，含瓦斯风流处于不断旋转之中，难以进入主风流中，使瓦斯在上隅角和回风巷口循环运动积聚在涡流区中，形成上隅角瓦斯积聚。3治理工作面上隅角瓦斯积聚措施 针对上隅角
5、瓦斯超限的情况，通常的防治方法有13种，即：（1）开区均压法；（2）瓦斯抽放法；（3）安装抽出式风机，引排上隅角瓦斯；（4）改变通风方式；（5）留煤柱法；（6）脉动通风技术；（7）顶板抽放法；（8）风障法；（9）使用防爆无火花型矿用局部通风机；（10）设置采面上隅角挡风帘；（11）安装水射流风机（12）增大回采工作面的风量；（13）高位钻孔抽放瓦斯3.1开区均压法处理工作面上隅角瓦斯积聚超限 开区均压实际就是在保证工作面允许风量条件下，在回风侧建立调节风门减小进风巷与回风巷的压差，减少采空区漏风抑制瓦斯涌出。这种方法仅适用瓦斯涌出量不大情况下或作为一种辅助措施。当采煤工作面上隅角瓦斯主要来源于
6、外界小窑泄漏,用调风法处理效果不明显时,应采取局部均压法治理瓦斯。如耿村矿(2-3)1302综采放顶煤工作面,该面距地表较近,工作面以西小窑较多。回采时,工作面配风量600700m3/min,上隅角瓦斯浓度高达9%,回风巷风流瓦斯浓度1.5%2%,将风量加大至10001200m3/min后,上隅角和回风巷瓦斯浓度变化不明显。随后对该面进行了均压通风,具体做法:在工作面回风巷、运输巷分别建1组调压风门,并在运输巷风门外安设4台局部通风机(2台1组),每组接一趟风筒穿过风门墙垛,关闭回风巷和运输巷的调压风门并启动局部通风机。均压通风后,上隅角瓦斯浓度降至0.5%,回风巷风流瓦斯浓度降至0.2%0.
7、3%,工作面风量降至450500 m3/min。 3.2瓦斯抽放法治理工作面上隅角抽放法治理上隅角瓦斯积聚超限 方法有本煤层和临近层抽放、高位钻孔抽放采空区瓦斯及移动式瓦斯抽放泵抽放上隅角瓦斯。其中本煤层和临近层抽放、高位钻空抽放采空区瓦斯对治理上隅角瓦斯积聚超限起到治本作用。3.3安装抽出式风机，引排上隅角瓦斯治理上隅角瓦斯积聚超限 当采煤工作面瓦斯绝对涌出量低于5m3/min,用传统吊挂导风帘法处理上隅角瓦斯超限效果不佳时,可采用局部通风机直接抽放法,引排上隅角附近的高浓度瓦斯,达到治理上隅角瓦斯超限的目的。3.4改变通风方式治理工作面上隅角瓦斯积聚超限根据工作面巷道布置情况，可采用U+L
8、、W、Y、Z、H型通风系统，改变采空区的漏风方向。这样能根治采空区瓦斯从上隅角涌出，但工程量大且不适于易自燃发火的工作面。这里只介绍偏“Y”型通风系统治理上隅角瓦斯，采煤工作面合理的通风方式有利于上隅角瓦斯的稀释和排放。偏“Y”通风是治理采煤工作面上隅角瓦斯的一种较好的方法。平行风巷沿煤层新掘一条尾巷，来面通风方法形成“一进两回”的偏“Y”通风。采用偏“丫通风方法是解决采煤工作面仁隅角瓦斯超限的一项有力措施。该方法特点:引排瓦斯效果好，管理方便，初期投入大。适用条件:瓦斯涌出量较大，上隅角绝对瓦斯涌出量在3m3/min左右的采煤工作面。3.5留煤柱法治理工作面上隅角瓦斯积聚超限 由于风幛法存在
9、着漏风大,抽排瓦斯浓度低，风幛移动频繁,危险机会增加的缺点,为了增加安全可靠性,又采用了留煤柱法。具体方法是在工作面上部距上巷35m,平行上巷每间隔15m掘一条新上巷,与老上巷贯通形成新出口。3.6脉动通风技术治理工作面上隅角瓦斯积聚超限脉动通风技术是利用风流的紊流扩散系数与风流脉动特性相关理论，由中国矿业大学研发的一套技术可靠、经济合理且实用的脉动通风机，在正常风流中叠加脉动风流增加风流紊流扩散系数。提高风流驱散局部积聚瓦斯能力，从根本上解决了上隅角瓦斯积聚超限问题。针对脉动通风机运行环境的特殊要求，其动力采用气压式或液压式作为动力源。其特点是该技术先进、合理、简单易行、效果好、经济。 脉动
10、通风机在工作面上隅角安装方式有两种：在距工作面上隅角最进的液压支架侧护板上固定一悬臂梁，使脉动通风机吊挂于悬臂梁下方，并可随液压支架的推进而向前移动；将脉动通风安装在工作面上隅角底板上。 3.7顶板抽放法治理工作面上隅角瓦斯积聚超限 为了克服上隅角抽放法缩抽排管期间瓦斯限的弊端,减少送巷道损失的回采量,恢复正生产秩序,又采用了顶板钻孔抽放法。利用顶板走向钻孔抽放瓦斯,实际上就是过抽放泵产生的负压来改变采空区的瓦斯流使采空区瓦斯由上隅角及通过冒落带、裂隙带钻孔抽出,从而减少上隅角的瓦斯涌出,达到降上隅角及回风流瓦斯浓度的目的。钻场布置在距煤层顶板10m,每个钻场布5个钻孔,孔径为91mm,孔深1
11、00m,钻场间80 m,钻孔终端距煤层顶板15m,钻孔终端距巷水平距控制在20m以内,将钻孔口用钢管聚脂封好,安上抽排管路即可开始抽放。抽放效果:顶板5个钻孔,用单台泵抽放时,每个钻孔瓦斯浓度一般在10%70%,抽出瓦斯量大于12m3/min,比用双台泵抽上隅角效果好, 且与工作面生产互不影响,有效解决了采面上隅瓦斯积聚问题。3.8风障法处理工作面上隅角瓦斯积聚超限 在末排柱从上巷上帮沿工作面向下设一档风幛,然后将抽排管伸入上隅角采空区里,管口对准高瓦斯点进行抽放。此法操作简单易行,在开采初期,瓦斯涌出量相对较小时,采用此法可取得一些临时效果。但存在下列问题:首先风幛无法完全封严,漏风严重,抽
12、排瓦斯浓度低;其次每一循环都需进行移风幛,缩抽排管工作,这期间上隅角瓦斯大量涌出,造成回风流瓦斯超限,危险次数增加。而且风幛与上巷相交的转角处,瓦斯经常超限,必须再设一道引风幛,将风流引向转角处,冲淡瓦斯,两道风幛的安设与现场施工相混杂,对施工不利。3.9使用防爆无火花型矿用局部通风机抽排上隅角瓦斯 使用由风流引射口、局部通风机和风筒所组成的引射排放系统,排放上隅角积聚瓦斯,但该系统需要较长的风筒和独立运行的风机提供引射新风量。3.10设置采面上隅角挡风帘法治理工作面上隅角瓦斯积聚超限 当采煤工作面上隅角出现瓦斯超限时，在靠近采煤工作面上隅角处挂一挡风帘，使之将工作面的风流一分为二，利用风帘引
13、导较多的风流流经上隅角，以稀释高浓度瓦斯。风幛可采用软质风筒布制作，长度一般不小于10m。3.11安装水射流风机,稀释排放上隅角瓦斯 当工作面瓦斯涌出量在3m3/min以下,回风巷风流瓦斯浓度不超过0.5%时,也可用水射流风机处理上隅角瓦斯超限。如义煤集团耿村矿(2-3)12160综采放顶煤工作面,配风量600700m3/min,回风巷风流瓦斯浓度0.3%0.4%,回采初期上隅角瓦斯偶尔超限。采取措施:在上拐头安装GSF型高压水射流风机,将铁风筒接至上隅角,打开液压支架上操作阀,使泵站高压水进入水射流风机,运行后上隅角瓦斯浓度降至0.5%。3.12增大回采工作面的风量治理工作面上隅角瓦斯积聚超
14、限 经过长时间的现场观察,发现在工作面正常供风的情况下,靠有限速度的风流来驱散隅角涡流积聚区的高体积分数瓦斯是不可能的。工作面采用增大风量的办法,虽然可使隅角积聚区风流与工作面主风流的对流作用加大,但是随着风量的增大,负压随之增大,采空区的风流速度加大,使采空区的瓦斯流线延深,加强了风流与采空区内的瓦斯的交换。若采空区内存在其它漏风通道,则会增大此漏风量。总之,若增大采面风量,会使风流携带出的瓦斯量增大。所以单靠增大采面风量的办法难以有效地处理上隅角积聚的瓦斯。3.13高位钻孔抽放瓦斯治理工作面上隅角瓦斯积聚超限 采用高位钻孔裂隙带抽放方法，抽放的瓦斯排至集中回风巷。高位钻孔裂隙带抽放瓦斯。在
15、运输巷施工钻孔对工作面裂隙带瓦斯进行抽采，钻孔在运输巷矩形钻场内施工，钻场布置间距80m，钻场宽4.0m，深5.0m，高4m，由钻场向工作面采空区裂隙带施工抽放钻孔，对采空区裂隙带进行抽放，以解决采煤过程中上隅角的瓦斯问题。为使开采层瓦斯得到有效的抽放，钻场内设6个钻孔，上、下2排各3个钻孔，钻孔沿走向扇形布置，封孔采用毛巾布或麻布卷缠聚氨脂的方法，钻孔技术参数如下:钻孔深度为100m;开孔使用113mm钻头扩孔8m后换94mm钻头，孔径94mm;根据煤层倾角变化，终孔高度控制在工作面采高的58倍(距煤层底板1020m);终孔水平间距714m，抽放控制区域为回采工作面靠上隅角一侧采空区2035m范围。结束语 采煤工作面上隅角积聚瓦斯的治理。首先要根据工作面巷道布置情况、瓦斯涌出情况、上隅角附近支护状况等情况，因地制宜选择一种合适的方法或几种方法联合起来综合治理，同时要加强监测监控，当瓦斯浓度超限时立即处理。 参考文献1黄伯轩.采场通风与防火M.北京：煤炭工业出版社.1991. 2王振华.最新矿业高产高效新技术手册M.安徽音像出版社.2004. 3严利.煤矿瓦
