[摘要]综采工作面上隅角瓦斯积聚是高瓦斯矿井开采的重大隐患之一,并且工作面推进过程中,随着顶板的垮落,采空区瓦斯不断涌入工作面,污染工作面风流,很容易造成工作面及其回风巷瓦斯超限,严重制约工作面产能的释放,对安全造成严重威胁。所以,通过科学合理的技术手段,对工作面上隅角瓦斯进行管理,是释放工作面产能和保障工作面安全开采的基本前提和有效保障。
[关键词]煤矿;综采工作面;上隅角;瓦斯积聚
中图分类号:TD712.54 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2014)27-0113-01
近几年来,随着煤炭开采深度的增加,机械化程度不断提高,综采工作面的采高也在不断加大,采长也在加强,走向变长。由于采空区面积大,因此常造成回采工作面和局部 (尤其是上隅角瓦斯) 瓦斯聚集。因此必须要采用科学有效的方法治理瓦斯积聚问题,才能保证煤矿的安全生产。在煤矿井下综采工作面生产中,普遍存在着上隅角瓦斯涌出量大和瓦斯浓度高的现象,不仅对矿井的产量和效益有影响,还严重威胁到井下职工的生命安全,很可能进一步造成瓦斯事故。因此说治理综采工作面上隅角瓦斯积聚超限时,必须首先摸清瓦斯来源、瓦斯涌出量和涌出规律,然后根据以上数据和现象制定出一套切实可行的办法或措施。
一、上隅角瓦斯来源及分布规律
《煤矿安全规程》规定: 矿井瓦斯积聚是指采掘工作面内,体积大于 0.5m3的空间内积聚的瓦斯浓度达到 2%时,附近 20m 内必须停止工作,撤出人员,切断电源,进行处理。瓦斯与空气的密度比为0.554,其密度相比于空气密度小,容易在巷道的上部及高顶处积聚,我们把这种现象叫作上隅角瓦斯积聚。针对瓦斯积聚的问题,通过分析瓦斯的分布规律去探究瓦斯积聚的原因,进而寻求更科学的方法来防治。
1、上隅角瓦斯来源分析
(1) 煤壁瓦斯释放: 随着工作面的推进,新鲜煤体不断暴露,同时,在工作面自由面前方存在一个明显卸压区,使得煤体裂隙张开,瓦斯通过张开裂隙不断从自由面涌出; 煤体被采落时不断解吸瓦斯,也导致工作面瓦斯涌出量增加; 进风巷煤壁暴露在空气中,释放的瓦斯随风流进入工作面。
(2) 采空区瓦斯积聚: 目前多数的煤矿采用了煤巷锚杆支护,使得巷道顶板整体相对稳定,为上隅角的瓦斯积聚提供了空间; 同时,风流流经工作面时,不可避免地造成部分风流漏入采空区,并携带采空区积聚的瓦斯经采煤工作面上隅角及其附近区域流出,而该区域通风困难,进而造成瓦斯的积聚和超限问题。
(3) 邻近煤层涌出: 当邻近煤层受到采动影响时,会造成邻近煤层形成较多的裂隙,同时由于工作面气压小于临近煤层瓦斯压力,使得临近煤层瓦斯通过煤层间裂隙逐渐涌入到回采工作面,并在上隅角积聚。
2、上隅角瓦斯分布规律
通过理论研究以及对上隅角瓦斯的来源分析发现,造成上隅角瓦斯积聚的原因具有多样性,瓦斯整体的浓度在不同采煤工作面也具有差异性,但是其分布规律具有统一性。当没有风流场影响时,瓦斯分布较均匀,在工作面上隅角不会产生瓦斯积聚的现象; 当受到风流场等因素干扰时,打乱了原有的分布规律,就会在采煤工作面上隅角产生瓦斯积聚和超限。
二、上隅角瓦斯积聚原因
1、相对空气而言,瓦斯本身的密度比空气小,扩散速度快,产生“瓦斯风压”,形成自然上升力,使采空区内的瓦斯向上隅角转移,加快了上隅角瓦斯的积聚。
2、流经上隅角的风量小,风速低,同时由于标高较工作面下部、中部高,使得风流极易在上隅角形成局部涡流。涡流的形成使采煤工作面、邻近煤层和采空区涌出的大量高浓度瓦斯难以进入回风风流中,从而造成大量瓦斯在回风巷及上隅角区域循环流动,形成上隅角瓦斯的积聚。
3、矿井通风方式、风流场的影响范围及其强度与瓦斯的分布规律关系密切,是综采工作面上隅角瓦斯积聚的原因之一。一般矿井采煤工作面均采用“U”形通风系统,在一源一汇的工作面中,风流流向多为上行风,而上隅角作为采煤工作面的漏风汇,是采空区瓦斯涌出的必经之道,很容易造成瓦斯的积聚。
三、综采工作面上隅角瓦斯积聚的处理方案
针对瓦斯积聚和超限的问题,要想从根本上解决问题,应主动采取行之有效的防治措施。目前,有如下方法和措施来处理上隅角瓦斯积聚。
1、设置上隅角临时风障
风流经过上隅角时会出现涡流现象,同时该处风速较低,使上隅角瓦斯难以进入主要风流中,因此,在工作面上端头设置临时风障改变风流方向,使一部分风流经过上隅角的涡流区域,带走上隅角的瓦斯。
2、改变通风方式
要解决采煤工作面上隅角瓦斯积聚的问题,主要得改变采煤工作面的瓦斯交汇点,可改变采煤工作面通风方式,目前国内能解决此种问题的通风方式主要有 Y 型、Z 型、W 型、H 型下行通风等,但是由于以上几种通风方法通风较为复杂,而且施工时候工程量比较大,而且对煤层有自然发火倾向不容易控制和观察。所以,推广比较困难。
3、高位钻孔抽采及上隅角埋管抽放
采用高位钻孔抽采及上隅角埋管抽放的方法可以将采空区涌出的瓦斯随管道抽走,达到标本兼治的效果,上隅角埋管抽放亦可以采用可移动瓦斯泵通过管路抽采上隅角瓦斯,也有很好的效果。
4、沿空留巷排除法
这种方法是在工作面回风巷中打密柱沿空留巷,使得一部分风流导向上隅角,防止上隅角瓦斯积聚。但是这种方法在现代化矿井中不能够普遍利用。
5、充填置换法
这种方法是对采空区上隅角的空隙进行充填,将积聚瓦斯的空间用不燃性固体物质充填严密,使瓦斯没有积聚的空间,同时设管抽采。这种方法效果明显,但对生产有一定干扰,目前仅有少数矿井应用。
6、风压调节法( 也称均压通风法)
风压调节法是在工作面进风巷安设两台局部通风机和接设 15 ~20m 导风筒,向工作面送风,并在导风筒的出风口与局部通风机之间设两道风门,在工作面回风巷设两道调节风门,以调节风压。同时,在回风巷设一趟硬质导风筒,一端伸入上隅角采空区 5 ~8m,另一端穿过两道调节风门,以排放采空区上隅角瓦斯。
7、采煤工作面上风道安设风流引射器
由于高突矿井在采掘工作面上下风道必须安装压风自救系统,所以,在上风道临近上隅角处安装风流引射器直接处理上隅角瓦斯,这种方法适应与采煤工作面瓦斯涌出量不大的情况。
8、增大工作面风量
在保证工作面风速不超限的情况下尽量向工作面供风,用于冲淡和排出瓦斯。
四、 结束语
总而言之,采取合理的方案处理上隅角瓦斯积聚问题对于煤矿安全生产而言至关重要。通过上文的分析我们了解到处理采煤工作面瓦斯积聚几种方法,对于瓦斯涌出量较小的矿井或者采煤工作面,采用上隅角临时风障、加大风量或者工作面上风道安设风流引射器等方法可以解决瓦斯积聚,但对于瓦斯涌出量比较大的煤矿或者工作面,用以上方法就不能够有效解决,此时需高位钻孔抽采及上隅角埋管抽放或者瓦斯尾巷法了。在实际工作开展过程中,要根据煤矿地质条件不同,以及每个矿井实际情况,选择适合自己的方法。瓦斯是可防、可控、可治的,只要人人用心做事,一定能做到煤矿安全生产。
参考文献
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