[]采煤工作面上隅角瓦斯積聚原因分析及治理措施

1、采煤工作面上隅角瓦斯積聚原因分析及治理措施r中國科技核心期刊全國中文核心期刊礦業(yè)類核心期刊J采煤工作面上隅角瓦斯積聚原因分析及治理措施江成玉,劉勇,李春輝2(1.貴州大學(xué)礦業(yè)學(xué)院,貴州貴陽550003;2.昆明理工大學(xué)國土資源工程學(xué)院,云南昆明650093)摘要:通過對采煤工作面上隅角瓦斯的來源,瓦斯涌出影響因素以及瓦斯積聚超限原因的分析,提出了采煤工作面瓦斯積聚,超限的治理措施,對保障煤礦企業(yè)的平安生產(chǎn)和提高企業(yè)經(jīng)濟效益具有重要意義.關(guān)鍵詞:采煤;上隅角;瓦斯積聚中圖分類號文獻標(biāo)識碼:A文章編號:10066772(2021)06007703瓦斯管理是礦井平安系統(tǒng)工程和一通三防管理中的一個重要

2、環(huán)節(jié),同時也是一個薄弱環(huán)節(jié),而防治瓦斯超限又是瓦斯管理的重點和難點.隨著開采深度的增加,采掘機械化程度的提高,瓦斯的含量也在逐漸增大,采煤工作面生產(chǎn)能力的提高和采煤工作面推進速度的加快,必然使采煤工作面瓦斯涌出量增大,瓦斯超限現(xiàn)象頻繁發(fā)生.對于正常通風(fēng)的礦井,容易在通風(fēng)不良的地方出現(xiàn)局部瓦斯積聚，特別是中國大多數(shù)礦井采用型通風(fēng)的方式,其上隅角作為工作面采空區(qū)的漏風(fēng)匯,極易形成瓦斯積聚區(qū),對采煤工作面的平安生產(chǎn)造成嚴重威脅,制約礦井的正常生產(chǎn).因此,分析采煤工作面上隅角瓦斯積聚的原因,找出解決超限問題的方法和措施,對加強煤礦的瓦斯治理技術(shù),保障煤礦的平安生產(chǎn)具有重要意義.1 上隅角瓦斯的來源本煤

3、層,采煤工作面采煤時,新鮮煤壁不斷暴露,在礦山壓力作用下使工作面前方煤體處于卸壓帶,煤的透氣性增大,瓦斯涌出量也隨之增加,同時采落的煤炭中不斷解吸的瓦斯,也導(dǎo)致工作面空間瓦斯涌出量增加,加之瓦斯的密度比空氣小,有利于煤層中涌出的瓦斯向采煤工作面的上隅角積聚.(1) 鄰近煤層.受到采動的影響,在鄰近層中往往會形成比擬多的裂隙,鄰近層涌出的瓦斯大部分經(jīng)上隅角進入主采層,而且風(fēng)速又比擬小,同時上隅角處于負壓狀態(tài),會使大量瓦斯通過鄰近層的裂隙向主采層工作面的上隅角涌出.(2) 采空區(qū).采空區(qū)的漏風(fēng)和鄰近煤層瓦斯的涌出,使得采空區(qū)的瓦斯量增加.流入采空區(qū)的漏風(fēng)風(fēng)流,以較小的風(fēng)量和風(fēng)速流過大面積的采空區(qū),

4、攜帶采空區(qū)積聚的大量瓦斯聚集于采煤工作面上隅角,該區(qū)域又是通風(fēng)風(fēng)流難以到達的地點,因此,往往形成瓦斯的積聚和超限.2 上隅角瓦斯積聚超限的原因由瓦斯本身的物理性質(zhì)決定,瓦斯的密度比空氣小(p(CH)=0.716km),瓦斯的擴散速度是空氣的倍,易于上浮積聚.(1) 采空區(qū)內(nèi)的空氣密度較小,當(dāng)具有高差時產(chǎn)生“瓦斯風(fēng)壓的自然上升力,必然使采空區(qū)內(nèi)的大量瓦收稿日期:2021一O930基金工程:省基金工程貴州省地方煤礦瓦斯突出預(yù)測技術(shù)的研究(Z053074)作者簡介:江成i(1980-),男,貴州懷人,2006年研究生畢業(yè)于貴州大學(xué)礦業(yè)學(xué)院,現(xiàn)于貴州大學(xué)礦業(yè)學(xué)院從事平安,采礦技術(shù)的教學(xué)和科研工作.江成

5、玉等:采煤工作面上隅角瓦斯積聚原因分析及治理措施77斯向上隅角運移,加劇上隅角局部瓦斯的積聚.(2) 上隅角的風(fēng)流運動狀況也是造成瓦斯積聚的重要原因.上隅角的風(fēng)流流速較低,風(fēng)量較小,局部處于渦流狀態(tài),渦流運動使采煤工作面煤壁和采空區(qū)涌出的大量高濃度瓦斯難以進入主風(fēng)流中,從而使大量瓦斯在上隅角和回風(fēng)巷口循環(huán)運動聚集在渦流區(qū)內(nèi),形成上隅角瓦斯的積聚.(3) 上隅角有來自鄰近煤層和采空區(qū)等瓦斯豐富的源頭,這也是加劇上隅角瓦斯積聚和超限的重要原因.(4) 礦井的通風(fēng)方式和風(fēng)流方向也是影響上隅角瓦斯積聚的重要原因,由于中國大多數(shù)礦井采煤工作面采用U型通風(fēng)方式,風(fēng)流流向多為上行風(fēng)而上隅角作為采煤工作面的漏

6、風(fēng)匯,極易形成瓦斯的局部積聚.3 影響上隅角瓦斯量涌出的因素采煤工作面上隅角瓦斯涌出量的大小是自然因素,開采技術(shù)條件以及通風(fēng)因素等綜合作用的結(jié)果.根據(jù)長期觀測和分析,認為采煤工作面瓦斯涌出的主要來源是鄰近煤層和采空區(qū),約占瓦斯來源的60%70%,其次是工作面的煤壁和浮煤，約占30%一40%,因此,主要分析以下因素對上隅角瓦斯涌出量的影響.(1) 煤層和圍巖瓦斯含量.這是影響上隅角瓦斯涌出量大小的決定性因素.煤層的瓦斯含量越高,瓦斯的涌出量就越大,瓦斯的涌出速度也就越快.(2) 煤層的開采深度.在瓦斯帶內(nèi)開采的礦井,隨著開采深度的增加,相對瓦斯涌出量也隨之增高.在深部開采時,鄰近層與圍巖所涌出的

7、瓦斯量比開采層增加的更快,因此更容易造成上隅角瓦斯的積聚.(3) 放炮工序J.放炮工序?qū)Σ擅汗ぷ髅嫔嫌缃峭咚沟挠砍鲋饕幸韵聨追矫娴挠绊?一是放炮產(chǎn)生的爆轟波沖擊采空區(qū),破壞采空區(qū)風(fēng)流紊流區(qū),層流區(qū)及靜止區(qū)的相對平衡,將靜止區(qū),層流區(qū)的瓦斯帶入工作面上隅角,使上隅角瓦斯?jié)舛茸兇?二是放炮落煤時會產(chǎn)生大量瓦斯,同時由于放炮落煤,使得工作面的有效通風(fēng)斷面減少,通風(fēng)阻力增加,使流經(jīng)采空區(qū)的風(fēng)量增加,擴大了采空區(qū)紊流區(qū)域,使上隅角瓦斯涌出量增加.(4) 通風(fēng)方式.中國采煤工作面大多采用長壁布置和U型通風(fēng)系統(tǒng),采空區(qū)漏風(fēng)較大，使得采煤工作面回風(fēng)測的通風(fēng)量和通風(fēng)強度減小,造成工作面瓦斯涌出量增大,上隅角瓦

8、斯?jié)舛纫搽S之增大.(5) 落煤工藝與頂板冒落.不同的落煤工藝使瓦斯的涌出量也不相同,據(jù)統(tǒng)計,同正常平均瓦斯涌出相比，采煤機采煤時瓦斯涌出增大到倍，而放炮落煤時那么增大到倍中國大多數(shù)礦井的機械化程度不高,開采條件復(fù)雜,使得落煤工藝相對落后,同時平安投入的缺乏和地質(zhì)條件的復(fù)雜導(dǎo)致頂板的受力被破壞,造成頂板冒落,使采空區(qū)瓦斯涌出量增加,最終在上隅角聚集高濃度瓦斯.(6) 風(fēng)流方向.中國采煤工作面的通風(fēng)方式,多采用上行式通風(fēng),風(fēng)流從進風(fēng)側(cè)流向回風(fēng)側(cè)時,風(fēng)流方向先向里,后轉(zhuǎn)向,最后向外流出,瓦斯呈現(xiàn)向回風(fēng)側(cè)運移的趨勢,瓦斯?jié)舛仍龃?同時,工作面進風(fēng)端瓦斯?jié)舛容^小,回風(fēng)側(cè)瓦斯?jié)舛却?這是由于回風(fēng)端瓦斯?jié)舛?/p>

9、的增加有來自采空區(qū)瓦斯的流人,瓦斯上浮運動到頂板和采空區(qū)的上部,當(dāng)采用上行通風(fēng)時,將這里的瓦斯帶到工作面的上隅角,造成上隅角瓦斯?jié)舛壬?4 治理措施瓦斯抽放.降低采煤工作面上隅角瓦斯含量的措施主要是通過本煤層瓦斯抽放,采空區(qū)瓦斯抽放,鄰近煤層瓦斯抽放以及開采解放層等技術(shù)措施.這樣可以起到從根本上降低瓦斯含量的作用瓦斯抽放技術(shù)大多采用在煤層瓦斯含量高的情況下,多在通風(fēng)不能解決時采用,但是瓦斯抽放技術(shù)存在抽放時間長,工程量大,一次性投入的費用較高的問題.同時深孔煤層注水,灑水濕潤煤壁煤體對降低煤層瓦斯涌出量也有一定的作用.(1) 改變通風(fēng)系統(tǒng).采煤工作面上隅角瓦斯積聚與通風(fēng)系統(tǒng)密切相關(guān).目前采煤

10、工作面通風(fēng)系統(tǒng)有U型后退,U型前進,z型后退和z型前進4種基本類型,U型后退和z型前進2種類型容易造成上隅角的瓦斯積聚,而U型前進和z型后退那么不宜積聚瓦斯J,近年來廣泛應(yīng)用的w型，丫型,U+L型,H型,Y+L型等通風(fēng)系統(tǒng)均能預(yù)防上隅角瓦斯積聚.但是各個通風(fēng)系統(tǒng)都有各自的優(yōu)點,應(yīng)根據(jù)煤層的開采條件,開采技術(shù)以及自燃發(fā)火傾向的不同選擇不同的通風(fēng)系統(tǒng)來降低上隅角的瓦斯?jié)舛?(2) 改變風(fēng)流方向.由于瓦斯比空氣輕,其自然流動的方向與上行風(fēng)的方向一致,假設(shè)將采煤工作面的通風(fēng)方式改為下行通風(fēng),那么可以增加上隅角風(fēng)壓,從而平衡瓦斯的自然上浮力,減少鄰近層和采空區(qū)瓦斯涌出量.雖然下行通風(fēng)在中國越來越多采煤工

11、作面,特別是綜采工作面中應(yīng)用更多,并取?潔凈煤技術(shù))2olo年第16卷第6期得了良好的效果.但是中國?平安規(guī)程?規(guī)定,只有煤層傾角小于12.才可以使用下行通風(fēng),因此,該方法具有一定的局限性,適用范圍不廣.(3) 稀釋上隅角瓦斯?jié)舛?稀釋上隅角瓦斯?jié)舛鹊膶嵸|(zhì)是將新鮮風(fēng)引到采煤工作面的上隅角,將該處的瓦斯稀釋并帶走.采用此種方法應(yīng)根據(jù)瓦斯的來源,涌出量的大小,巷道布置和通風(fēng)方式等具體情況來決定.當(dāng)采煤工作面上隅角瓦斯?jié)舛群头e聚瓦斯速度不大時,設(shè)置風(fēng)障,增大通過上隅角的風(fēng)量,改變上隅角渦流狀態(tài),從而稀釋上隅角瓦斯?jié)舛?防止瓦斯超限.該方法雖然安設(shè)簡單,經(jīng)濟,但是隨著工作面推進會使作業(yè)環(huán)境變窄,增加通

12、風(fēng)阻力.當(dāng)瓦斯涌出量大,超限比擬嚴重時,可以采用尾巷法排除瓦斯的積聚.尾巷法通常將回風(fēng)巷與尾巷問聯(lián)絡(luò)的密閉翻開一個窗口,這樣可以有效控制采空區(qū)瓦斯流向,使風(fēng)流一局部進入回風(fēng)巷,另一局部流經(jīng)工作面進入尾巷,從而排除上隅角瓦斯的積聚.此法易于實施,但需嚴格控制尾巷瓦斯?jié)舛?(4) 脈動通風(fēng).脈動通風(fēng)是利用風(fēng)流的紊流擴散系數(shù)與風(fēng)流脈動特性直接相關(guān)的理論依據(jù),在局部積聚瓦斯處安設(shè)脈沖風(fēng)機,在正常通風(fēng)風(fēng)流中疊加脈動風(fēng)流,從而增加風(fēng)流的紊流擴散系數(shù),提高分流驅(qū)散局部積聚瓦斯的能力,從根本上解決采煤工作面上隅角瓦斯積聚問題.目前已經(jīng)取得良好的應(yīng)用效果.(5) 加強上隅角瓦斯監(jiān)測監(jiān)控和平安教育.目前,中國大多

13、數(shù)礦井具有監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng).應(yīng)充分發(fā)揮監(jiān)控系統(tǒng)的效能,當(dāng)上隅角瓦斯?jié)舛瘸^報警范r中國科技核心期刊全國中文核心期刊礦業(yè)類核心期刊J圍,應(yīng)立即停止作業(yè)進行處理.同時,對監(jiān)測監(jiān)控內(nèi)容不能滿足新的平安規(guī)程和AQ標(biāo)準時,要進一步完善監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng),以便能及時監(jiān)測上隅角瓦斯?jié)舛?加強瓦斯管理,對防止瓦斯事故的發(fā)生有重要作用.要加強對作業(yè)人員的平安教育,樹立防患于未然的意識,建立瓦斯超限預(yù)警機制,對瓦斯檢查員,礦山平安檢查員以及管理人員等加強瓦斯安全知識和技能的培訓(xùn)工作,使其樹立四位一體的瓦斯超限綜合防范體系意識,做到各盡其責(zé),確保礦井的平安生產(chǎn).5 結(jié)語采煤工作面上隅角瓦斯積聚和超限已經(jīng)嚴重威脅煤礦的平安生產(chǎn)

14、,因此,針對不同的礦井,根據(jù)實際情況認真分析采煤工作面上隅角瓦斯積聚和超限原因,制定合理有效的治理措施,對保障作業(yè)人員的平安生產(chǎn),國家資源和礦山的經(jīng)濟效益具有重要意義參考文獻:1 俞啟香礦井瓦斯防治M.徐州:中國礦業(yè)大學(xué)出版社,1992.2 王巖森,顧永功,黃佰喜.采煤工作面上隅角瓦斯積聚成因分析及治理措施J.能源技術(shù)與管理，2005(4):1718.3 趙以蕙.礦井通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)Mj.徐州:中國礦業(yè)大學(xué)出版社，1989.4 馬丕梁.煤礦瓦斯災(zāi)害防治技術(shù)手冊M.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2007.Analysisofcausesandmeasuresofgasaccumulationinupper

15、cornerofcoalminingface(1.CollegeofMining，GuizhouUniversity，Guiyang550003，China;2.FacultyofLandResourceEngineering，KunmingUniversityofScienceandTechnology，Kunming650093，China)Abstract:Throughanalyzinggasresource，influencefactorsofgasemissionandgasaccumulationinuppercomerofcoalminingface,thetreatmentmeasuresofgas