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浅谈采煤工作面上隅角瓦斯积聚原因与处理

浅谈采煤工作面上隅角瓦斯积聚原因与处理煤矿瓦斯积聚是煤矿安全生产的重大隐患,容易引起瓦斯爆炸,造成群死群伤,所以要加强矿井的瓦斯防治管理,采取有效措施排放瓦斯,为煤矿安全生产提供安全保障。

在矿井生产过程中,采煤工作面上隅角作为采空区漏风的交汇点和生产中不断暴露的新鲜煤壁扩散出来的大量瓦斯,极易形成矿井瓦斯积聚。采煤工作面上隅角瓦斯积聚是很令人烦恼的一件事,并且对矿井正常生产造成严重威胁,本文通过对瓦斯积聚原因的分析,提出治理上隅角瓦斯的方法。

1.工作面上隅角瓦斯超限的原因

1.1采煤工作面的通风方式

我国绝大部分矿井采用U型通风方式,此种通风结构,对了解煤层赋存情况,掌握矿井瓦斯,火的发生,发展规律,较为有利。由于巷道均维护在煤体中,因而巷道帮上的漏风率较少,但容易使上隅角出现瓦斯积聚现象。但通过改变回采工作面的通风方式,从而改变上隅角的通风状态的方法,改变瓦斯的交汇点,这类方法有Y型、偏Y型、H型、Z型、W型、下行通风等多种,但这种方法不仅在有自燃发火倾向的煤层中采用时受到限制,而且由于增加了巷道的工程量,对矿井的采掘接续、人力安排有影响,因此,这类方法很难普遍推广。

在U型通风条件下的采空区风流流动规律:风流从工作面运输巷向工作面切眼流动,其中少一部分向采空区流动,大部分工作面流动,从工作面向采空区深部剖面看,采空区的漏风呈现抛物线状,从而带出了采空区深部的瓦斯,在工作面上隅角交汇,使工作面上隅角瓦斯浓度较高。

1.2工作面上隅角的风流状态

采煤工作面上隅角靠近煤壁和采空区,风流经过工作面上端头时,由于巷道突然垂直转弯,使靠近煤壁的风速降低,工作面上隅角局部地区出现涡流现象,在附近出现风流循环流动现象,使采空区和工作面的瓦斯不容易被风流带走,从而使上隅角瓦斯容易发生积聚。由于瓦斯的比重比空气的低,所以从工作面上隅角的断面看,从顶板到底板呈现递减现象,顶板处瓦斯浓度较高,所以,要加强此处的瓦斯管理,防止瓦斯事故的发生。

2.工作面上隅角瓦斯积聚处理方法

针对上隅角瓦斯超限的情况,通常的防治方法有以下几种,即:(1)设置上隅角临时挡风帘;(2)设置采空区纵向风障;(3)高位抽放瓦斯及上隅角埋管抽放;

(4)采煤工作面安装局部通风机;(5)采煤工作面安设风、水引射器;(6)安设专业抽排风机;(7)增大回采工作面风量;(8)改变通风方式等;下面简要介绍其中的几种处理方法。

2.1挡风帘设置

风流经过上隅角附近时会出现涡流现象,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挡风帘改变风流方向,使一部分风流经过上隅角的涡流区域,带走上隅角的瓦斯。挡风帘可以采用软质风筒布制作。该方法只是临时措施,使用于上隅角瓦斯不大的地点。实践证明:当一个工作面瓦斯绝对涌出量较大时,即使采用钻孔抽排及上隅角埋管抽排,上隅角仍然存在涡流运动,有时上隅角还会存在瓦斯超限现象。设置挡风帘可以改变上隅角风流路线,让新鲜风流进入上隅角改变涡流状态可以达到冲淡、稀释瓦斯,防止发生瓦斯超限事故。

2.2设置纵向风障

上隅角高浓度瓦斯就是由于U型通风系统在采空区形成的漏风将采空区的瓦斯带出而造成的。纵向风障法就是根据这一原理,控制风流不向采空区漏风,使风流基本上都由回采工作面通过,从而有效地阻止采空区的瓦斯向上隅角涌出积聚,工作面煤壁和采落煤炭涌出的瓦斯,由工作面风流冲淡。

纵向风障设置方法,就是沿回采工作面倾向长度方向布置风障。风障的材料为风筒布,风障的顶部用铁丝与顶梁扎接,下部与地板相接,并用矸石或浮煤压实,保证不向采空区漏风。纵向风障离采空区很近,风障容易被顶板垮落的矸石扎坏,并且工作面不断向前推进,风障也不断向前移动,增加工作强度。

2.3高位钻孔抽采及上隅角埋管抽放

这种方法可以达到治本的效果,在回风巷下帮合理设计施工钻场,向工作面上方裂隙带打钻孔,钻孔的终孔层位位于裂隙带上部界限,并且优化钻孔布置,实施高位钻孔抽采。值得注意的是钻场间接及钻孔参数与煤层与顶板岩性有着密切关系。

在工作面回采时,上隅角老塘顶板冒落不充分,即使采用高位钻孔抽采也不起作用或作用不大。这时可以在上隅角处用胶带装满煤矸码一道弧形隔离墙或倾斜的隔离墙,在回风巷安设抽放瓦斯管,在采煤工作面上隅角形成一个负压区,使采煤工作面上隅角瓦斯向抽放管流动。

3.结论

在向上隅角引风,送风和抽风的诸多方法中,挡风帘在条件适宜时,能对上隅角进行充分的通风,但是如果排除的瓦斯量较大,将会使回风流中瓦斯浓度超限而影响安全生产。用局扇、引射器送风的方法,只能适应小量的瓦斯积聚,当瓦斯积聚范围较大、浓度又较高时,由于风筒出口射流作用稀释的能力很小,不能有效地排出瓦斯。利用风机抽排上隅角瓦斯,能够解决瓦斯量大的一些问题,但是,这种方法需要在回风巷中安设几百米,甚至更长的刚性风筒,给正常生产带来诸多不便,而且风筒内不可避免地有较高浓度瓦斯和空气的混合气体,这些气体还要通过风机。

通过这些上隅角瓦斯积聚的处理方法,我个人认为,在上端头设置挡风帘、纵向风障和高位钻孔抽采及上隅角埋管抽放方法是相对优化的。我们矿井采用综合机械化采煤,采面漏风没有炮采严重,而且上隅角安设监测监控瓦斯探头,对上隅角瓦斯浓度进行监测,增强了采面的安全系数;上端头采用埋管低负压抽放采空区瓦斯和打倾斜隔离墙,隔离墙对上隅角起到一定的导风作用,防止上隅角的瓦斯积聚。

贝勒煤矿:胡宝书

2008年12月9日