单元法测定瓦斯分布及旋转射流驱散积聚瓦斯.pdf

收稿日期“ 8 7 A B C1 D 8 8 EFG H O型通风工作面绝大部分从采空区涌出的 瓦斯集聚在上隅角附近而且上隅角也是整个采空区的漏风汇因此上隅角极易形成瓦斯积聚3 为了有效地治理工作面上隅角积聚的瓦斯提出旋转径向射流驱散工作面上隅角积聚瓦斯的新 方法可使上隅角积聚区瓦斯浓度在“ P 8内下降到Q煤矿安全规程R规定的 S以下3 关键词单元法M上隅角M综采工作面M旋转径向射流 中图分类号G T “ 文献标识码U 随着煤层开采进入瓦斯含量较大的深部V回采 工作面生产能力的提高及工作面推进速度的加快 必然导致瓦斯涌出量相对地大幅度增加对于正常 通风来说在通风不良的地方就容易出现局部的瓦 斯积聚3特别是我国绝大部分采煤工作面均采用 N O型通风方式其上隅角作为整个工作面采空区 的漏风汇极易形成瓦斯积聚区对于高瓦斯V高强 度V大采高综采工作面则更为严重W X3 在近几年所发生的瓦斯爆炸恶性事故中由 于瓦斯积聚和瓦斯超限所引起的有相当大的增 加3因此瓦斯积聚和瓦斯超限是当前安全生产的 重大隐患也是实现高产高效工作面推广新技术V 新装备的严重障碍3采取安全V经济V有效的措施把 瓦斯积聚浓度稳定地降到Q煤矿安全规程R规定限 值以下是目前亟待解决的问题3 为了掌握综采工作面瓦斯涌出源的状况找出 导致综采面上隅角瓦斯积聚的原因制定技术可 行V经济合理的瓦斯治理措施必须进行工作面的 不同瓦斯涌出源状况和瓦斯浓度分布规律的测定 分析3 将工作面分成若干个单元测定每个单元的瓦 斯涌出量大小和进出断面瓦斯浓度然后进行累加 合成分析即可得出整个工作面的不同瓦斯涌出源 的瓦斯涌出量大小和工作面的瓦斯浓度分布这种 方法我们称为瓦斯单元测定法3 Y 单元法测定工作面瓦斯涌出源的原理及 步骤 Y 3 Y 单元法测定工作面瓦斯涌出源的原理 将工作面划分为约L Z “个单元如图中所 示为其中一个单元按如图“所示的测点布置测定 进出断面的瓦斯浓度[ [“ [ [ [ 为从采空区流入本单元的漏风量6 8 9 8“ ; ,- ’ . /为从 采空 区 涌 入 本 单 元 的 瓦 斯 量6 8 9 8“ ; ,/ . 1 2为本单元内煤壁 D A测定每个单元的进风量和出风量大小 9 A测定每个单元进风断面和回风断面由煤壁 至采空区各测点的瓦斯浓度 E A根据瓦斯平衡方程 D A戊F D 9 综采工作面采取了在进因此6采取减少采空区漏风量的措施6 可减少上隅角的瓦斯涌出量 9 A戊F D 9 综采面生产班的采空区瓦斯涌出 量大于检修班6生产班上隅角瓦斯超限较检修班严 重6因此6在生产班更要作好上隅角瓦斯超限的防 治工作 E A对于一般 _b型通风综采面6如果不在进 c 综采工作面瓦斯浓度分布规律及上隅角 瓦斯积聚的实测分析 根据单元法测定综采面瓦斯浓度分布的实测 数据6可得出综采面瓦斯浓度的分布规律d c 垂直煤壁方向瓦斯浓度分布规律 如图9所示6在工作面下半部6只有煤壁和顶 底板涌出瓦斯6风流由工作面漏入采空区6瓦斯浓 度由煤壁向采空区迅速减少;如图E所示6在工作 面上半部6存在煤壁 9 f . g 1 ’ 1 2 h . “ ’ i “ g h “ j “ ’ “ i ’ k F / . 1 2 9[ 第[期杨胜强等7单元法测定瓦斯分布及旋转射流驱散积聚瓦斯 万方数据 图采面上部横断面瓦斯浓度分布 “ 在采面的上部增加较快8梯度较 大;反映出除有本煤层的瓦斯涌出外8还增加了采 空区的瓦斯涌出特别是在上隅角区域增幅最大 图7沿工作面倾斜瓦斯浓度分布 “ 7 去掉风帘后K A E当增加工作面供风量时8采空区漏风量和 瓦斯涌出量也相应增加8因此通过增加供风量减少 上隅角的瓦斯超限范围是有限的8并不能从根本上 解决上隅角瓦斯超限的问题8见图 E从实测结果可见8由于检修班煤壁暴露时 间长8瓦斯涌出量低8而在生产班新鲜煤壁不断暴 露8瓦斯涌出量大8同时采落煤炭也涌出大量瓦斯; 同时生产班的采动影响使顶底板处于活动状态8临 近层受采动影响的卸压瓦斯通过采动裂隙大量涌 入工作面采空区8进而涌入工作面因此8生产班瓦 斯超限幅度和范围明显大于检修班见图D 图增加风量前后上隅角瓦斯超限范围 “ F G ,’ . , ’* 4 ’ * , - . ’ - * 0 , H * /- G , I - ’ 4 - , . ’ /0 , 4 * . , . , ’ ’ . L 1 ’ - - H 1 2 2 , . 3 * . , . 增加风量后; 正常通风K 图D工作面检修班M生产班E上隅角瓦斯超限范围 “ D F G ,’ . , ’* 4 ’ * , - . ’ - * 0 , H * /- G , I - * I’ - ’ G 4 - ’ /N* . O G 4 - 1 2 2 , . 3 * . , . 检修班; 生产班K P 旋转径向射流驱散工作面上隅角积聚瓦 斯 工作面上隅角存在瓦斯积聚8必须进行处理8 目前常用的上隅角瓦斯积聚处理方法有9 E瓦斯抽 放; E使用防爆无火花型矿用局部通风机抽排局部 积聚瓦斯; A E改变通风系统; E设置临时风障采用 下行通风等以上各项措施均有其适用的具体条 件8必须在一定的条件下才能取得较好的效果 现提出旋转径向射流驱散工作面上隅角积聚 瓦斯的新理论和新技术其主要的特点为Q CA R9 E 在径向射流风机的旋转过程中8风流周期性地射入 上隅角8对上隅角积聚瓦斯具有卷吸稀释驱排和 置换等的综合作用; E具有按照风机体旋转周期逐 转进行积聚瓦斯排放的安全的匀和排放特性; A E所 产生的环绕脉动射流可大大地提高瓦斯积聚区内 瓦斯扩散系数 8使瓦斯积聚区的瓦斯浓度分布迅 速均匀化旋转径向射流对上隅角积聚瓦斯所产生 A7 中国矿业大学学报第A 卷 万方数据 的上述三个特殊作用效应可实现大量高浓度瓦斯 的安全可靠的“可控的“匀和的排放避免在排放大 量高浓度积聚瓦斯的过程中由于风流中瓦斯浓度 骤然升高而导致瓦斯事故的发生对局部积聚瓦斯 治理效果非常显著特别适合于采煤工作面上隅角 瓦斯积聚的治理真正实现对上隅角积聚瓦斯的安 全“可靠“经济“有效的排放 表为平十矿试验综采面的试验测点结果测 点“ 5 9 6 7 3 9 6 1 8 4 5 8 6 1 8 6 A 1 8 7 B 1. 4 7 9 5 65 ;7 B 18 5 7 . 8 C8 . A 9 . 0 D 1 7 测点号 E时刻的瓦斯浓度F G HIJK K L K L K K H K M L K M K I K K K J I 8 / 6 5 8 A 3 Wh * a b a c d e h r r b i m d i b i { h q q pb m c f * b em d f q { f m b i d a f i pi f e * f q - b a \责任编辑 王玉浚P MML 第L期杨胜强等W单元法测定瓦斯分布及旋转射流驱散积聚瓦斯 万方数据