上隅角瓦斯超限治理辦法

上隅角瓦斯超限治理辦法

1采煤工作面上隅角瓦斯超限的原因分析 1.1采煤工作面的通風方式

采煤工作面的通風方法有： “U”型、“Z” 型、“Y” 型、“W” 型、“H” 型等多種，但我國絕大多數采煤工作面均采用“U”型通風方式。

“U”型通風條件下的采空區瓦斯流動場的規律：沿工作面推進方向，從工作面向采空區深部剖面看，采空區瓦斯呈現為一個拋物線狀，從進風巷向回風巷剖面看，采空區瓦斯呈現為一元一次方程直線狀(在上隅角處最大)。 在這種通風方式下，進入工作面的風流分為兩部分，一部分沿工作面流動;另一部分進入采空區，在采空區內部沿一定的流線的方向流動，在工作面的后半部分，進入采空區的風流逐漸返回工作面。若工作面后方與鄰近煤層采空區或同一煤層未隔離的巷道相通，即采空區有漏風通道，則此風流會匯入工作面漏入采空區的風流中而流向工作面。其采空區流線分布如圖1所示。

可見，進入采空區的風流通過采空區，風流帶出瓦斯，逐漸返回工作面，最后匯集于采面上隅角，所以，工作面上隅角為采空區瓦斯流入工作面的匯合處。

1.2采面上隅角的風流狀態是瓦斯超限的重要原因(見圖2、圖3)

采面上隅角靠近煤壁和采空區側，風流速度很低，局部處于渦流狀態(如圖2所示)。這種渦流使采空區涌出的瓦斯難以進入到主風流中，從而使高濃度瓦斯在上隅角附近循環運動而聚集在渦流區中，形成了上隅角的瓦斯超限。如圖3所示，若工作面上隅角出現滯后回柱，除上隅角存在的渦流區外，在靠近切頂排處會出現微風區，采空區漏出的瓦斯在此處積聚，更容易形成上隅角的瓦斯超限。

1.3采面上隅角處兩面壓差大小是瓦斯超限的一種原因

巷道風流中任一斷面都具有靜壓、位壓、動壓，三種壓力之和是全壓，全壓差的大小決定著風流的方向和速度，由于上隅角處兩面的靜壓和位壓是一樣的，風流速度不一樣，采煤工作面的風流到此轉彎，造成上隅角處風流速度變慢，上隅角兩面的風流速度差降低，此處風流速度大大減少，在上隅角處出現無速度差，甚至風流出現紊流。

2防治上隅角瓦斯超限的方法

針對上隅角瓦斯超限的情況，通常的防治方法有十種，即：1、設置上隅角臨時擋風簾，

2、增大回采工作面風量3、設置采空區風幛，4、采煤工作面安裝局部通風機，5、采煤工作面回風巷安設風、水引射器， 6、安設專用抽排風機， 7、高位抽放瓦斯， 8、建立采煤

工作面尾排系統， 9、三相泡沫擠上隅角瓦斯，10、改變通風方式等，現分別進行分析。

2.1設置采面上隅角擋風簾

當采煤工作面上隅角出現瓦斯超限時，在靠近采煤工作面上隅角處掛一擋風簾，使之將工作面的風流一分為二，利用風簾引導較多的風流流經上隅角，以稀釋高濃度瓦斯。風幛可采用軟質風筒布制作，長度一般不小于10m。

某礦1301面在生產過程中，出現了上隅角瓦斯異常的現象，CH4濃度達到2%，于是在上隅角附近加設了一道擋風簾。根據現場觀測發現，采用擋風簾后，上隅角的CH4濃度很快降到1%以下;但是由于擋風簾的存在，使采煤機割煤，上隅角附近支、回柱，上出口行人、運料受到很大的影響，往往出現擋風簾被破壞而失去作用的現象，導致上隅角瓦斯濃度又很快升高到超限濃度以上。這樣反復操作的結果，必然使上隅角瓦斯濃度忽高忽低，極不穩定，形成了安全生產的一大隱患。同時，擋風簾的存在，增大了工作面的通風阻力，使工作面的風量降低。

因此，這種方法主要是應用在上隅角瓦斯不大的地點，并且只能作為臨時措施。這種方2 法實際上就是提高采面上隅角處兩面壓差，解決上隅角處渦流的問題。

2. 2增大回采工作面風量

工作面風流對上隅角渦流區積聚瓦斯的驅散，主要靠工作面風流與上隅角瓦斯積聚區間的空氣的對流和主風流的擴散作用。經過長時間的現場觀察，發現在工作面正常供風的情況下，靠有限速度的風流來驅散上隅角渦流積聚區的高濃度瓦斯是不可能的。工作面采用增大風量的辦法，雖然可使上隅角積聚區風流與工作面主風流的對流作用加大，但是隨著風量的提高，負壓增大，采空區的風流速度加大，使采空區的瓦斯流線延深，加強了風流與采空區內的瓦斯的交換。若采空區內存在其它漏風通道，則會增大此漏風量?？傊?，若增大采面風量，會使風流攜帶出的瓦斯量增大，同時，風量過大又有以下缺點： (1)造成鄰近采掘工作面的供風量下降，影響礦井通風系統的穩定;

(2)使采面風流中的粉塵濃度增加，惡化工作面的工作環境，增大防塵工作的難度;

(3)工作面風量過大容易使巷道內的風速超過《煤礦安全規程》的規定，影響礦井的質量標準化達標。

2. 3設置采空區風幛

根據采面上隅角瓦斯超限的原因可知，若能減少進入采空區的風量，則可減少采空區的瓦斯涌出量，使上隅角避免出現瓦斯超限。如圖5所示，在工作面采空區一側，沿切頂排從工作面一出口到上隅角設置風幛，這樣就可最大限度地減少進入采空區的漏風量。尤其是在工作面出口處，由于風流進入工作面時在此處直射采空區，所以應保證此區段的風幛封堵嚴密。

可見，這種處理方法可從根本上減少采空區的瓦斯涌出量，但是由于風幛位于采空區邊緣，采空區落下的矸石極易將風幛破壞，造成風幛漏風增大;同時由于風幛隨著工作面向前推進而逐漸前行，所以增大了工人的操作難度和工作量。 因此這種方法受多種條件的制約，使用效果不太理想。只有當回采工作面上隅角積聚瓦斯速度不大(2～3m3/min)和瓦斯濃度不太高(3%左右)的情況下應用效果才明顯。 2.4安設安裝局部通風機 在工作面內，距采煤工作面上隅角10～15m的位置，安裝一臺5.5KW或2×2.2KW的小局扇，用膠質風筒將風引到回風上隅角，在采煤工作面上隅角位置形成正壓區，通過局扇引入新鮮風流稀釋采煤工作面上隅角瓦斯，使該處瓦斯濃度降到規定以下，該局扇隨著工作面的前移而移動。

2.5安設風、水引射器

當采煤工作面上隅角出現瓦斯超限時，安設一臺風、水引射器，利用高壓水、風聯合作為動力，也可用高壓水或風分別作為動力，形成一較大的負壓區，工作面的主風流由于壓差的作用會增大流經上隅角的風量，以滿足風機的要求。這樣，上隅角的高濃度瓦斯經流過此處的工作面風流的稀釋后進入風筒內部，排入回風巷。這種處理方式具有以下優點： (1)采煤工作面上隅角的瓦斯可盡快地進入風筒內部，排入回風巷; (2)可增大采煤工作面上隅角的風量，及時沖淡此處的高濃度瓦斯; (3)由于風筒體積小，占用空間小，可大大地減少工作面施工造成的影響; (4)在風機正常運轉的情況下，此種方式抽排采煤工作面上隅角瓦斯是一個安全可靠的治理過程。

這種方法具有以下幾點：

(1)利用高壓水、風作為動力，風、水引射器本身無機械運動部件，沒有產生火花的隱患;

(2)改變風、水壓即可調整風量; (3)結構簡單，安裝移動方便;

3 需要加強管理，防止動力源(水、風)突然停止，造成采煤工作面上隅角瓦斯突然積聚。 風、水引射器在采煤工作面上隅角可采取以下幾種布置方式：

(1)風、水引射器在采煤工作面布置，出風口對準采煤工作面上隅角吹散瓦斯。

(2)風、水引射器在采煤工作面回風巷布置，吸風口對準采煤工作面上隅角引排瓦斯，吸風段裝一段骨架風筒，排風口避開采煤工作面回風巷電器設備。

(3)風、水引射器在采煤工作面回風巷布置，出風口對準采煤工作面上隅角吹散瓦斯。

2.6安設專用抽排風機 2.6.1脈動通風技術

脈動通風技術是利用風流的紊流擴散系數與風流脈動特性相關的理論，研制的一套技術可靠、經濟合理且實用的脈動風機使用技術。在正常通風風流中疊加脈動風流，從而增加風流的紊流擴散系數，提高風流驅散局部積聚瓦斯的能力，從根本上解決回采工作面上隅角瓦斯積聚的問題。

2.6.2 GDS-1型瓦斯自動排放系統

由煤科總院重慶分院研制的GDS-1型瓦斯自動排放系統，由抽出式無火花風機、瓦斯傳感器、控制裝置、調節風門、吸風器和若干風筒組成。主要結構如下圖所示。

上隅角瓦斯高濃度瓦斯經吸風器X進入硬質風筒Y，雙級傳感器檢測調節風門K前后端風筒內的瓦斯濃度，由控制裝置內的單片機根據瓦斯濃度值來確定調節風門開或關，以及開關角度的大小，從而改變摻入“新風”的風量，使排放瓦斯風筒內瓦斯濃度不超限。 2.6.3小型液壓風扇

液壓風扇分為監控裝置和執行裝置，監控裝置包括控制處理器和瓦斯傳感器，執行裝置包括小型液壓風扇和液壓動力系統。監控裝置的工作原理，是由放置在工作面上隅角的瓦斯濃度傳感器實時檢測瓦斯濃度，并將檢測的瓦斯濃度信號轉換為模擬電信號，傳到控制處理器，經過中心處理單元對檢測到的模擬信號進行處理判斷，發出指令控制繼電器的開啟與閉合，實時控制液壓風扇。當瓦斯濃度超限時，風扇啟動，吹散上隅角積聚的瓦斯;待瓦斯濃度降到安全界限時，風扇即生動停止。

2.6.4安設壓風風機抽排瓦斯 本方法具有風、水引射器與瓦斯移動泵抽放瓦斯的特

點，沿工作面回風巷鋪一趟剛性風筒，風筒吸口在距上隅角約0.5m位置，排風口安在風眼內或區城回風巷內，風機安裝在回風巷內，每200～300m一組，用壓風作為動力。 2.6.5安設移動式抽放泵抽放上隅角瓦斯

沿工作面回風巷鋪一趟剛性風筒，風筒前面鋪一根抽放花管(采空區內)，抽放花管長度15~20m左右，要求采用低負壓抽放，該

管子與回風系統的剛性風筒相連，這樣在隅角處形成一個負壓區，使隅角處瓦斯向抽放管子流動，最后排到采區回風巷。

2.7高位抽放瓦斯 布孔方式：在工作面回風巷內直接布置鉆場，從頂板開孔，往工作面上方裂隙帶打鉆孔，抽放上鄰近層及其附近煤線中的瓦斯。工作面推進方向反向布置鉆孔，鉆場間距15m，每個鉆場打3個鉆孔，利用工作面前方煤體保護鉆孔，工作面回采到位時撤出?；仫L巷安抽放瓦斯管，抽采空區的瓦斯，在采煤工作面上隅角處形成一個負壓區，使采煤工作面上隅角處瓦斯向抽放管流動。

布孔參數：鉆孔設計依據兩個原則，一是鉆孔的終孔層位位于裂隙帶上部界限，二是鉆孔進入卸壓區的層位位于冒落帶頂部、裂隙帶下部界限以上。

根據礦壓理論，煤層開采后其頂底板巖層發生冒落移動，當上覆巖層下沉穩定后，上覆巖層采動裂隙區劃可分為“豎三帶”和“橫三區”，即采動區沿垂直方向由下往上劃分為冒

4 落帶、裂隙帶和彎曲下沉帶; 沿工作面推進方向在工作面風巷和機巷區域分為煤壁支撐影響區、離層區和重新壓實區。隨著工作面不斷向前推進，沿工作推進方向上的“橫三區”隨之交替向前移動。

頂板抽放口最佳位置：法距位于垂直煤層頂板向上8～25m、(10～15m)(位于冒落帶頂部，裂隙帶下部)，平距位于回風巷內錯 8～30m(8～17m)。具體礦井，要根據其實際綜合確定。其中鉆孔的終孔位置，可以利用幾何知識，通過計算得到。 2.8建立采面尾排系統

沿工作面回風巷(采空區)鋪一趟非金屬的管子，可以使用水泥體。該管子與回風系統相連通(不是與采煤工作面的回風巷)，在采煤工作面上隅角處形成一個負壓區，使采煤工作面上隅角處瓦斯沿管子流向回風流。 2.9三相泡沫擠壓工作面上隅角瓦斯

采用三相泡沫技術，用三相泡沫擠占瓦斯占據的空間來降低瓦斯濃度，三相即水、灰、氮氣，灰可采用黃泥、煤碳發電的爐渣等材料，水灰比 (質量比)1：4 ：1。 該法具有處理速度快，效果明顯的特點，這是發展的趨事。

2.10改變通風方式

我國煤礦的通風方式大部分采用上行風，由于采煤工作面涌出的瓦斯比空氣輕，其自然流動的方向和上行風的方向一致，在正常風速(大于0.5 ～0.8m/s)下,瓦斯可能出現分層

狀流動和局部的瓦斯積存，容易造成瓦斯上隅角積聚，下行風的方向與瓦斯自然流動方向相反，二者易于混合且不易出現瓦斯層狀流動和局部積存的現象，能防止上隅角瓦斯積聚,但《煤礦安全規程》第一百一十五條規定，有煤(巖)與瓦斯(二氧化碳)突出危險的采煤工作面不得采用下行通風。所以在運用下行通風時，必須慎重。

3結論

經過以上分析，結合現場的實際情況，一旦采面上隅角出現瓦斯超限，立即在采面上隅角掛風簾、安擋風幛;增大工作面的進風量、調高工用面的壓差，檢查與該工作面相關的所有密閉是否漏風，若漏風及時進行封堵。上述方法不能解決問題，要盡快安設專用抽出式風機(風、水引射器)進行抽排。

上述方法都是臨時性急性的措施，治理上隅角瓦斯超限的主要方法應該是：高位抽放，尾排，上隅角瓦斯抽排。其根本方法是開采解放層，提前進行巷道抽排或預抽，使煤層瓦斯含量降到8m3/t以下，其它的方法都具有不可確定性和不穩定性;所以治理上隅角瓦斯應提前考慮、提前施工，早投入，早見效。

參考文獻： 1.國家安全生產監督管理總局.煤礦安全規程專家解讀.徐州.中國礦業大學出版社.2007 2.通風安全學.徐州.中國礦業大學出版社.2002

3.于不凡.煤礦礦瓦斯災害防治及利用技術手冊.北京.煤礦工業出版社.2005 采煤工作面上隅角局部瓦斯積聚的處理方法大致有四種：

(1)在上隅角處設隔墻或風障迫使一部分風流流經上隅角，排除聚積瓦斯(即風障引導風流法); (2)雙巷排風的回風道，打開上隅角處的聯絡眼，在工作面回風巷中設調節門，迫使一部分風流清洗上隅角，也稱為尾巷回風法;

(3)拆開上部采空區密閉，使工作面采空區中的瓦斯由上部老塘排到采區回風道; (4)利用高壓水或壓氣的引射口在工作面上隅角處排除積存瓦斯。