采煤工作麵上隅角瓦斯超限的幾種處理辦法

采煤工作麵上隅角瓦斯超限的

原因及處理方法解析

摘要：03manbetx 了采煤工作麵上隅角瓦斯來源及瓦斯超限的種種原因，並提出了治理上隅角瓦斯超限的幾種方法，詳細介紹了各種方法的優缺點及發展方向。

關鍵詞：工作麵;上隅角;瓦斯;處理

瓦斯管理是礦井安全係統工程和“一通三防”管理中的一個重要環節，但同時也是一個薄弱環節，而防治瓦斯超限又是瓦斯管理的重點和難點。生產礦井的瓦斯超限是威脅礦井安全的主要因素，隨著礦井采掘機械化程度的提高、技術的進步、生產水平的延伸和采掘強度的加大，使礦井瓦斯湧出量急驟增大、瓦斯超限現象更為頻繁發生，瓦斯超限的發生地點絕大多數是在采掘工作麵(占礦井瓦斯超限次數的80 以上)，其中采煤工作麵的上隅角尤為突出，不但嚴重製約了采煤工作麵的正常生產，給其安全也帶來很大的不確定因素，並且也嚴 重威脅整個礦井安全。因此，03manbetx 采煤工作麵上隅角的瓦斯來源、超限原因，找出解決問題的具體方法和措施，積極探索新的瓦斯治理技術、創新瓦斯管理方法，對煤礦安全生產有十分重要的意義。

1.上隅角瓦斯來源

上隅角瓦斯超限的原因是多方麵的，就其瓦斯的來源主要有以下幾個方麵：① 本煤層，本煤層存在著大量的裂隙，處於開放狀態，有利於瓦斯向上隅角的空間內湧出。② 鄰近煤層，受采動的影響 鄰近層會產生較多較大的裂隙，另外上隅角處於負壓狀態，瓦斯會由

鄰近煤層通過裂隙向上隅角湧出。③ 采空區，現在大多數礦井采煤工作麵的機風巷基本上都采用了煤巷錨杆支護，這種主動的支

護方式使得巷道上方的直接頂和老頂結合成為一個相對穩定的整體，在采煤工作麵向前推進的過程中，頂板不易跨落，產生懸頂現象，使機巷的下隅角和風巷的上隅角形成了一定的空間(為上隅角的瓦 斯積聚提供了空間)，因而進一步使：機巷下隅角采空區一風巷上隅角三者構成了一個風流的通道(為采空區的瓦斯大量湧向上隅角提供了通道)，使得部分風流流向采空區，帶出采空區內的大量瓦斯，為上隅角的瓦斯積聚提供了主要的瓦斯來源。

2.采煤工作麵上隅角瓦斯超限的原因03manbetx

2.1采煤工作麵的通風方式

采煤工作麵的通風方法有：“U”型、“Z”型、“Y”型、“W”型、“H”型等多種，但我國絕大多數采煤工作麵均采用“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：沿工作麵推進方向，從工作麵向采空區深部剖麵看，采空區瓦斯呈現為一個拋物線狀，從進風巷向回風巷剖麵看，采空區瓦斯濃度呈現為一元一次方程直線狀(在上隅角處最大)。

在“U型通風方式下。進入工作麵的風流分為兩部分，一部分沿工作麵流動;另一部分進入采空區，在工作麵風流的前半部份在采空區內部沿角度放大的方向流動;在工作麵的後半部分，進入采空區的風流因回風巷負壓逐漸返回工作麵。若工作麵後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，則此風流會彙入工作麵漏入采空區的風流中而流向工作麵。

可見，進入采空區的風流通過采空區，風流帶出瓦斯，逐漸返回工作麵，最後彙集於采麵上隅角，所以，工作麵上隅角為采空區瓦斯流入工作麵的彙合處。

2.2采麵上隅角的風流狀態是瓦斯超限的重要原因

采麵上隅角靠近煤壁和采空區側，風流以90度角度突然調向，風流速度很低，局部處於渦流狀態。這種渦流使采空區湧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。若工作麵上隅角回柱滯後，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。

2.3 采麵上隅角處兩麵壓差大小是瓦斯超限的另一種原因

巷道風流中任一斷麵都具有靜壓、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。由於上隅角處兩麵的靜壓和位壓是一樣的，風流速度不一樣，采煤工作麵的風流到此轉彎，造成上隅角處風流速度變慢，上隅角兩麵的風流速度差降低，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。 3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10種，即：①設臵上隅角臨時擋風簾;②增大回采工作麵風量;③設臵采空區風幛;④采煤工作麵安裝局部通風機;⑤采煤工作麵回風巷安設風、水引射器;⑥安設專用抽排風機;⑦高位抽放瓦斯;⑧建立采煤工作麵尾排係統;⑨三相泡沫擠上隅角瓦斯;⑩改變通風方式等。現分別進行03manbetx 。

3.1 設臵采麵上隅角擋風簾

當采煤工作麵上隅角出現瓦斯超限時，在靠近采煤工作麵上隅角處掛一擋風簾，使之將工作麵的風流一分為二，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製作，長度一般不小於10m。

某礦2602采麵在生產過程中，出現了上隅角瓦斯異常的現象，CH4濃度達到1.8%，於是在上隅角附近加設了一道擋風簾。根據現場觀測發現，采用擋風簾後，上隅角的CH4濃度很快降到1%以下;但是由於擋風簾的存在，上隅角附近支、回柱，上出口行人、運料、回料受到很大的影響，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。這樣反複操作的結果，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，增大了工作麵的通風阻力，使工作麵的風量降低。

因此，這種方法主要是應用在上隅角瓦斯不大的地點，並且隻能作為臨時措施。這種方法實際上就是提高采麵上隅角處兩麵壓差，解決上隅角處渦流的問題。

3.2 增大回采工作麵風量

工作麵風流對上隅角渦流區積聚瓦斯的驅散，主要靠工作麵風流

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，發現在工作麵正常供風的情況下，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。工作麵采用增大風量的辦法，雖然可使上隅角積聚區風流與工作麵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。總之，若增大采麵風量。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造成鄰近采掘工作麵的供風量下降，影響礦井通風係統的穩定;②使采麵風流中的粉塵濃度增加，惡化工作麵的工作環境，增大防塵工作的難度;③工作麵風量過大容易使巷道內的風速超過《煤礦安全01manbetx 》的規定，影響礦井的質量標準化達標。

3.3 設臵采空區風幛

根據采麵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湧出量，使上隅角避免出現瓦斯超限。在工作麵采空區一側，沿切頂排從工作麵一出口到上隅角設臵風幛，這樣就可最大限度地減少進入采空區的漏風量。尤其是在工作麵出口處，由於風流進入工作麵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湧出量，但是由於風幛位於采空區邊緣，采空區落下的矸石極易將風幛破壞。造成風幛漏風增大;同時由於風幛隨著工作麵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製約，使用效果不太理想。隻有當回采工作麵上隅角積聚瓦斯速度不大(2～3 m3/min)和瓦斯濃度不太高(3%左右)的情況下應用效果才明顯。

3.4 安設局部通風機

在工作麵內，距采煤工作麵上隅角10～15m的位臵，安裝1台

5.5kw的小局部通風機，用膠質風筒將風引到回風上隅角，在采煤工作麵上隅角位臵形成正壓區，通過局扇引入新鮮風流稀釋采煤工作麵上隅角瓦斯，使該處瓦斯濃度降到規定以下，該局部通風機隨著工作麵的前移而移動。這種處理方式具有以下優點：①采煤工作麵上隅角的瓦斯可盡快地進入風筒內部，排入回風巷;②可增大采煤工作麵上隅角的風量，及時衝淡此處的高濃度瓦斯;③由於風筒體積小，占用空間小，可大大地減少工作麵施工造成的影響;④在風機正常運轉的情況下，此種方式抽排采煤工作麵上隅角瓦斯是一個安全可靠的治理過程。

3.5 安設風水引射器

當采煤工作麵上隅角出現瓦斯超限時，安設一台風水引射器，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，工作麵的主風流由於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麵風流的稀釋後進入風筒內部，排入回風巷。這種方法具有以下優點：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。但需要加強管理，防止動力源(水、風)突然停止，造成采煤工作麵上隅角瓦斯突然積聚。風、水引射器在采煤工作麵上隅角可采取以下幾種布臵方式：①風、水引射器在采煤工作麵布臵，出風口對準采煤工作麵上隅角吹散瓦斯，見圖1(a);②風、水引射器在采煤工作麵回風巷布臵，吸風口對準采煤工作麵上隅角引排瓦斯，吸風段裝一段骨架風筒，排風口避開采煤工作麵回風巷電器設備，見圖1(b);③風、水引射器在采煤工作麵回風巷布臵，出風口對準采煤工作麵上隅角吹散瓦斯。

3.6 安設專用抽排風機

(1)脈動通風技術。脈動通風技術是利用風流的紊流擴散係數與風流脈動特性相關的理論，研製的一套技術可靠、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係數，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麵上隅角瓦斯積聚的問題。

(2)GDS-1型瓦斯自動排放係統。由煤科總院重慶分院研製的GDS-1型瓦斯自動排放係統，由抽出式無火花風機、瓦斯傳感器、控製裝臵、調節風門、吸風器和若幹風筒組成。主要結構如圖2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前後端風筒內的瓦斯濃度，由控製裝臵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。

圖2 GDS-1型瓦斯自動排放係統排放上隅角積聚瓦斯示意圖

(3)小型液壓風扇。液壓風扇分為監控裝臵和執行裝臵，監控裝臵包括控製處理器和瓦斯傳感器，執行裝臵包括小型液壓風扇和液壓動力係統。監控裝臵的工作原理，是由放臵在工作麵上隅角的瓦斯濃度傳感器實時檢測瓦斯濃度，並將檢測的瓦斯濃度信號轉換為模擬電信號，傳到控製處理器，經過中心處理單元對檢測到的模擬信號進行處理判斷，發出指令控製繼電器的開啟與閉合，實時控製液壓風扇。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。

(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，沿工作麵回風巷鋪一趟剛性風筒，風筒吸口在距上隅角0.5m位臵，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200～300 m一組，用壓風作為動力。

(5)安設移動式抽放泵抽放上隅角瓦斯。沿工作麵回風巷鋪l趟剛性風筒，風筒前麵鋪1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，該管子與回風係統的剛性風筒相連，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，最後排到采區回風巷。

3.7 高位抽放瓦斯

(1)布孔方式。在工作麵回風巷內直接布臵鑽場，從頂板開孔，往工作麵上方裂隙帶打鑽孔，抽放上鄰近層及其附近煤線中的瓦斯。工作麵推進方向反向布臵鑽孔，鑽場間距15m，每個鑽場打3個鑽孔，利用工作麵前方煤體保護鑽孔，工作麵回采到位時撤出。回風巷安抽放瓦斯管，抽采空區的瓦斯，在采煤工作麵上隅角處形成一個負壓區，使采煤工作麵上隅角處瓦斯向抽放管流動。

(2)布孔參數。鑽孔設計依據兩個原則，一是鑽孔的終孔層位位於裂隙帶上部界限，二是鑽孔進入卸壓區的層位位於冒落帶頂部、裂隙帶下部界限以上。根據礦壓理論，煤層開采後其頂底板岩層發生冒落移動，當上覆岩層下沉穩定後，上覆岩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落帶、裂隙帶和彎曲下沉帶;沿工作麵推進方向在工作麵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。隨著工作麵不斷向前推進，沿工作推進方向上的“橫三區”隨之交替向前移動。

(3)頂板抽放口最佳位臵。法距位於垂直煤層頂板向上8～25m、(10～15m)(位於冒落帶頂部，裂隙帶下部)，平距位於回風巷內錯8～30m(8～17m)。具體礦井，要根據其實際綜合確定。其中鑽孔的終孔位臵，可以利用幾何知識，通過計算得到。

3.8 其他方法

(1)建立采麵尾排係統。沿工作麵回風巷(采空區)鋪一趟非金屬的管子，可以使用水泥體。該管子與回風係統相連通(不是與采煤工作麵的回風巷)，在采煤工作麵上隅角處形成一個負壓區，使采煤工作麵上隅角處瓦斯沿管子流向回風流。

(2)三相泡沫擠壓工作麵上隅角瓦斯。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，教果明顯的特點，這是發展的趨事。

(3)改變通風方式。我國煤礦的通風方式大部分采用上行風，由於采煤工作麵湧出的瓦斯比空氣輕，其自然流動的方向和上行風的方向一致，在正常風速(大於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，二者易於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01manbetx 》第一百一十五條規定，有煤(岩)與瓦斯(二氧化碳)突出危險的采煤工作麵不得采用下行通風。所以在運用下行通風時，必須慎重。

4 結語

經過以上分析，結合現場的實際情況，一旦采麵上隅角出現瓦斯超限，立即在采麵上隅角掛風簾、安擋風幛;增大工作麵的進風量、調高工用麵的壓差，檢查與該工作麵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應急的措施，治理上隅角瓦斯超限的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。重點要實行區域防突措施,搞好瓦斯抽放工作。

作者:何雙林