單一走向長壁式采煤工作面上隅角瓦斯超限的治理方法

成喜順

(大同煤礦集團挖金灣煤業公司，山西 大同 037042)

1 概述

回采工作面通風系統分為U型、Z型、Y型、W型等多種通風系統。據統計，在我國現階段，大多數煤礦采用的是U型通風系統。采用這種通風系統的優點是，回采工作面不用沿空留巷，采用后退式開采，可以減少向采空區的漏風；但是，同時也存在一個顯著的缺點，在工作面上隅角處易積聚瓦斯。下面就對此問題所產生的原因及處理方法展開論述。

2 上隅角瓦斯積聚的原因

2.1 工作面上隅角為工作面與采空區回風流匯集處

在U型通風方式下，進入工作面的風流分為兩部分：一部分沿工作面流動；另一部分進入采空區，在采空區內部沿一個扇形區域流動。最后，這兩股風流經過工作面上隅角匯入回風順槽。也就是說，上隅角是工作面及采空區風流的匯集處，瓦斯含量較高。U型通風采煤工作面風流分布，如圖1所示。

可見，進入采空區的風流，經過與采空區內的氣體交換后逐漸返回工作面，并與工作面回風流交匯于上隅角處。所以，工作面上隅角處瓦斯含量較高。

圖1 工作面風流分布圖

2.2 工作面上隅角容易形成渦流

經過長期現場觀察，根據分析得知，工作面上隅角處風流速度很低，局部處于渦流狀態(如圖2所示)。這種渦流使工作面及采空區涌出的瓦斯難以進入到主風流中，從而使高濃度瓦斯在隅角附近循環運動而聚集在渦流區中，形成了隅角的瓦斯超限。

3 上隅角瓦斯超限的防治方法

針對上隅角瓦斯超限的情況，通常的防治方法有四種，即：設置上隅角臨時擋風簾;提高工作面供風量;設置采空區風幛;安設專用抽出式風機。現分別進行分析。

圖2 采煤工作面上隅角渦流

3.1 設置采面隅角擋風簾

如圖3所示，當工作面上隅角出現瓦斯超限時，在靠近上隅角處掛一擋風簾，使之將工作面的風流一分為二，利用風簾引導較多的風流流經隅角，以稀釋高濃度瓦斯。風幛可采用軟質風筒布制作，長度一般不小于10m。

圖3 上隅角擋風簾示意圖

某礦8810面在生產過程中，出現了隅角瓦斯異常的現象，CH4和CO2濃度分別達到2%和5%,于是在隅角附近加設了一道擋風簾。根據現場觀測發現，采用擋風簾后，隅角的CH4和CO2濃度很快降到1%以下；但是，由于擋風簾的存在，使采煤機割煤、隅角附近支、回柱、上出口行人、運料受到很大的影響，往往出現擋風簾被破壞而失去作用的現象，導致隅角瓦斯濃度又很快升高到超限濃度以上。這樣反復操作的結果，必然使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，增大了工作面的通風阻力，使工作面的風量降低。

因此，這種防治方法可靠性較差，效果不理想，只能作為臨時性的應急措施。當采面隅角出現較長時間的超限時，這種方法很不可靠。

3.2 增大回采工作面風量

工作面風流對隅角渦流區積聚瓦斯的驅散，主要靠工作面風流與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，在工作面正常供風的情況下，靠有限速度的風流來驅散隅角渦流積聚區的高濃度瓦斯是不可能的。工作面采用增大風量的辦法，雖然可使隅角積聚區風流與工作面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，若增大采面風量，會使風流攜帶出的瓦斯量增大。

根據參考資料，某礦8810工作面開采時，8808面為相鄰的上工作面，己開采完且封閉。當采面推到與8808面聯絡巷位置時，由于密閉墻體被壓壞，導至8808面采空區內的高濃度瓦斯涌入8810面，使該面上隅角瓦斯濃度達到1.1%。工作面正常配風量為500m3/min,為稀釋隅角的高濃度瓦斯，將工作面風量提高到850 m3/min。經測定，隅角的瓦斯濃度降到0.9%,僅下降了0.2%。

可見，單靠增大采面風量的辦法，難以有效地處理上隅角積聚的瓦斯。同時，風量過大又具有以下缺點：①造成鄰近采掘工作面的供風量下降，影響礦井通風系統的穩定；②使采面風流中的粉塵濃度增加，惡化工作面的工作環境，增大防塵工作的難度；③工作面風量過大，容易使巷道內的風速超過《煤礦安全規程》的規定，影響礦井的質量標準化達標。

3.3 設置采空區風幛

根據采面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涌出量，使隅角避免出現瓦斯超限。如圖4所示，在工作面采空區一側，沿切頂排從工作面一出口到隅角設置風幛，這樣就可最大限度地減少進入采空區的漏風量。尤其是在工作面出口處，由于風流進入工作面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涌出量，但是由于風幛位于采空區邊緣，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，由于風幛隨著工作面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制約，使用效果不太理想。

圖4 采空區風幛示意圖

3.4 安設專用抽出式風機

如圖5所示，當采煤工作面隅角出現瓦斯超限時，安設一專用抽出式風機，風筒入口位于采面隅角。于是，在風筒入風口處形成一較大負壓區，工作面的主風流由于壓差的作用會增大流經隅角的風量，以滿足風機吸風量的要求。這樣，隅角的高濃度瓦斯經流過此處的工作面風流的稀釋后進入風筒內部，經風機排入回風巷。這種處理方式具有以下優點：

①采面隅角的高濃度瓦斯可盡快地進入風筒內部，經抽出式風機排入回風巷；②可增大隅角的風量，及時沖淡此處的高濃度瓦斯；③由于風筒體積小，占用空間小，可大大地減少工作面施工造成的影響；④在風機正常運轉的情況下，此種方式抽排隅角瓦斯是一個安全可靠的治理過程。

圖5 抽出式風機安設示意圖

4 結 論

經過以上分析，結合現場的實際情況，一旦采面隅角出現瓦斯超限的情況，應遵循以下的處理原則：

(1)作為應急性的措施，立即設置采面隅角擋風簾；并盡快安設專用抽出式風機，以替換擋風簾。

(2)對與該工作面相關的所有封閉采空區的密閉進行排查，封堵漏風。

(3)在工作面隅角處及時回柱，嚴禁出現滯后回柱現象。

(4)若采空區漏風過大，則應在相應的漏風區域靠近采空區側沿切頂排敷設一趟風幛，保證嚴密不漏風。