上隅角瓦斯治理研究

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。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：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 

  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。如图1所示为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。图中清晰地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。    通过理论分析和实验研究，[采煤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 

  根据上隅角瓦斯积聚的原因及规律。目前防治工作面上隅角瓦斯积聚有两方面。一是“防”；二是“治”。目前“防”工作面上隅角瓦斯积聚超限的方法有开区均压法、抽放法、改变工作面通风方式法；“治”理工作面上隅角瓦斯积聚超限的方法有风障法、风机抽放法、射流抽放法、脉动通风治理等。    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。    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。但施工工程量大，抽放时间长费用高缺点。在此仅介绍移动式瓦斯抽放泵处理上隅角瓦斯。    3.3 变通风系统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、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。    3.4 风障法处理工作面上隅角瓦斯积聚超限 在工作面末端设置风障，增加上隅角风量，稀释排走上隅角瓦斯。这种方法简单、易见效，但排放浓度不能控制且风障易损坏可靠性差。同时也影响工作面正常作业，不适应高产高校工作面，常常作为临时应急措施。    3.5 抽出式无火花风机治理工作面上隅角瓦斯积聚超限 抽出式无火花风机抽放瓦斯即“GDS—1型瓦斯排放系统”    上隅角瓦斯进吸风口X进入硬质风筒Y双级传感器T1 、T2。 检测经过调节风门K调节“掺新风”风筒内的瓦斯浓度值。控制器D接受到传感器浓度信号后，控制器D内的单片机的根据瓦斯浓度的变化值来确定调节风门的开或关及开关的角度的大小。从而改变“掺新风|”的多少，使排放风筒内瓦斯浓度不超限。该系统的特点是实现了检测、调节、控制智能化并且安装方便。     T1，T2——风筒内传感器；K——调节风门；X——吸风器；Y——硬风筒 ；D——驱动器；F——抽出式无火花风机    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。    脉动通风机在工作面上隅角安装方式有两种：①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；②将脉动通风安装在工作面上隅角底板上。 

  4 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。