综采工作面上隅角瓦斯积聚成因及其对策.doc

综采工作面上隅角瓦斯积聚成因及其对策 【摘 要】从瓦斯运动形式，分析上隅角瓦斯积聚的原因，依据上隅角瓦斯来源，遵循上隅角瓦斯治理原则，选用有针对性的治理措施进行治理，对保障煤矿企业的安全生产和提高企业经济效益具有重要意义。 【关键词】上隅角；瓦斯运动；瓦斯积聚；防治措施 引言 随着煤层开采进入瓦斯含量较大的深部，以及工作面生产能力的提高，导致瓦斯涌出量大幅度增加，在通风不良的地方容易出现局部瓦斯积聚，例如巷道顶板冒落空间、支架背板上部、掘进工作面、采煤机滚筒附近等地方。煤矿操作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。本文分析了采煤工作面上隅角瓦斯积聚的原因，找出解决超限问题的方法和措施，对加强煤矿的瓦斯治理技术，保障煤矿的安全生产具有重要意义。 1 上隅角瓦斯的来源 在采煤工作面的瓦斯主要有以下三个来源（l）本煤层瓦斯，（2）邻近层瓦斯，（3）采空区瓦斯。在以上三个来源中，特别是采空区瓦斯的涌出一直是煤矿安全生产中的重大隐患，采空区一般是由采空区内遗煤，上、下邻近层有瓦斯解吸和流动的固体煤岩，以及空隙所组成的空间区域，该区域内的最大特点是存在两种特性相差很大的空隙，即采动空隙和原有空隙。在一般U形通风工作面，风流从进风巷进入回采工作面，清洗工作面后经回风巷流出，但其中一部分风流通过空隙漏入采空区，形成漏风流，漏风流把采空区中的瓦斯从上隅角带出，又由于上隅角处的风速很低，所以引起上隅角瓦斯的积聚。 2 风流中瓦斯运移的基本形式 来自煤层、采空区或其他地点的瓦斯涌入井巷后，与空气混合，在与空气混合和运动过程中不断扩散运移。瓦斯运移过程是指瓦斯在矿井风流中的运动过程。在正常通风条件下，瓦斯在井巷空气中扩散运动主要有以下几种形式。 2.1 瓦斯分子扩散 来自煤层或其他地点的瓦斯涌入井巷后，无论在井巷空气处于静止或流动的条件下，瓦斯分子均做无规则的热运动。只要在巷道风流中存在瓦斯浓度的分布不均匀状态，即存在瓦斯浓度梯度，瓦斯分子的不规则热运动，宏观上表现为瓦斯微团从高浓度区向低浓度区扩散。因此，无论是在静止的矿井大气中，还是在运动的风流中，所存在的瓦斯分子的不规则热运动即为瓦斯的分子扩散，分子扩散服从费克扩散定律。 2.2 瓦斯对流运移 当巷道中存在风流时，风流中的空气微团对分布在其中的瓦斯微团产生作用力，即瓦斯微团与空气微团间存在的摩擦力，在该力的作用下，瓦斯微团随风流一起运动，这就是瓦斯的对流运移，这种运移的主要特征是瓦斯运移的方向与空气的流动方向一致，而瓦斯与空气流动的速度相等。因此，瓦斯流动的方向与瓦斯的浓度变化无关，即瓦斯浓度的大小可能变化，但瓦斯流动的方向不变，如果风流的风速增大，对流的强度也随之增强。当风流处于紊流状态下，风流对瓦斯的对流运移过程以时均运动方式“带走”而实现。 2.3 空气无规则紊流脉动引起瓦斯的紊流扩散 紊流流动状态是矿内风流的一个十分普遍的流动状态，大量实验发现，一般紊流是一种随机的，非稳定的有旋运动，其流动结构由各种尺寸的涡组成。且一般紊流的无规则脉动为相对于时均值的随机运动，类似于分子运动那样，一般矿井巷道紊流空气涡团的随机脉动，将引起附加的瓦斯质量传递。无规则的紊流脉动扩散也如同分子扩散一样，其扩散的方向为高瓦斯浓度区流向低瓦斯浓度区；当浓度相同时，则停止扩散。 3 上隅角瓦斯积聚的治理方法 3.1 改变通风方式 上世纪80年代以前，为防止回采工作面上隅角瓦斯积聚，原苏联、西德、波兰等国除了加强瓦斯抽放外，主要是通过改变回采工作面的通风系统，如采用Z型、Y型、H型等通风系统来维持安全生产（1）。例如，图1所示的Y工作面通风情况，原有U型通风系统不能有效解决上隅角瓦斯积聚，开发试用的Y型通风系统消除了上隅角瓦斯积聚难题。 3.2 巷尾、沿空留巷排放瓦斯 尾巷排放法是目前广泛采用的一种方法，如图2所示。此种方法利用尾巷与工作面采空区的压力差，使工作面一部分风流经上隅角、采空区、通风眼（联络眼）到尾巷，达到冲淡、排除上隅角瓦斯的目的。如果瓦斯排放效果不显著，可在工作面的回风道设调节风门，以增大采空区与尾巷之间的压差，提高排放效果。一般情况下，在采用普通机械化采煤时，不少矿井采用双巷布置，它不尽有利于掘进的通风，而且留作下一区段回风平巷的巷道可超前掘进，起到进一步探明开采区域煤层的作用。 3.3 引导风流稀释瓦斯 引导风流法的实质是将新鲜风流引入瓦斯积聚的地点，把局部的瓦斯冲淡、带走。风障引导法的优点是安设简单，不需要任何动力设备。安全、经济；其不足是引风量有限、波动性大，增加了通风阻力，加剧了采空区漏风，减少了作业空间，降低了作业环境的安全程度。 4 结论 目前解决上隅角瓦斯积聚的方法虽多种多样，但归纳起来可以分为2类一类是改变回采工作面的通风系统，如采用“Y”型通风、通过穿层钻孔抽采、埋管抽采采空区瓦斯解决了望峰岗井5121（0）上隅角瓦斯积聚的难题；另一类是针对国内采用比较普遍的U型通风系统特点，通过向上隅角引风、送风或抽风来改变这个部位的通风状态。 采煤工作面上隅角瓦斯积聚和超限已经严重威胁煤矿的安全生产，因此，针对不同的矿井，根据实际情况认真分析采煤工作面上隅角瓦斯积聚和超限原因，制定合理有效的治理措施，对保障作业人员的安全生产，国家资源和矿山的经济效益具有重要意义。 参考文献 [1]王孔善. 回采工作面上隅角瓦斯治理[J].煤炭科技，2009（03）. [2]李守国，高坤，张占存等.采空区抽放治理上隅角瓦斯技术[J].煤矿安全，2004，35（07）. 作者简介 张修满（1980）男，安徽宿州人，本科学历，现工作于淮南矿业集团潘北矿，助理工程师，从事通风及瓦斯治理工作。