大傾角綜放工作面上隅角瓦斯預測及治理預案

義絡公司掘進隊 賀曉輝 李毅男 王向航 裴燕鋒

義煤集團義絡公司位于宜陽縣境內，井田走向長9 km，傾向長0.84 km，井田面積6.25 km2，年設計生產能力60萬t，主采石炭二疊系山西組二1煤，二1煤呈扁豆狀分布。該礦為高瓦斯礦井，相對瓦斯涌出量為10.67 m3/t，絕對瓦斯涌出量為10.96m3/min，采用平峒＋暗立井＋暗斜井多水平開拓，底板運輸大巷、底板集中巷加小石門開拓方式 。36021綜放工作面位于36采區一區段西翼，工作面標高+ 27.8 ～ -32.4 m，煤層平均厚5.2 m，煤層傾角平均35°，煤層硬度0.8，工作面沿煤層走向布置，工作面設計走向長度402 m，傾向長度97 m。工作面上順槽及+30 m集中巷為回風巷。工作面構造煤發育，煤層瓦斯含量高，在掘進時曾出現“煤炮”瓦斯動力現象，應引起高度重視，并加強瓦斯及工作面的通風管理工作。

一、上隅角瓦斯運移規律

采煤工作面的瓦斯主要來源于本煤層、鄰近層煤層及采空區。36021工作面采用U形通風，風流從運輸平巷進入回采工作面由軌道平巷流出，但由于采空區漏風，將有一部分風流經采空區縫隙進入采空區，并攜帶采空區聚集的瓦斯從工作面中上部及上隅角處流出，引起工作面及回風流瓦斯濃度增大，嚴重影響煤礦采煤工作的安全。36021工作面上隅角瓦斯運行規律如下。

1.瓦斯在采空區上部聚集。瓦斯密度相對空氣小，從而會產生瓦斯風壓的自然上升力，對于大傾角工作面來說，瓦斯風壓更加明顯。所以采空區內瓦斯易在采空區上部聚集，瓦斯濃度在傾斜方向上，由進風巷到回風巷逐漸增大，在靠近上隅角附近20 m范圍內瓦斯濃度較高，上隅角瓦斯分布如圖1所示。

2.頂板側瓦斯聚集。由于瓦斯密度較空氣小，在垂直高度方向上，頂板處瓦斯濃度比底板瓦斯濃度高；由于煤層傾角較大，更加大了這種趨勢，使得瓦斯聚集在頂板側。

3.上隅角形成渦流區。根據大傾角工作面綜采支架防倒防滑的技術要求，會將工作面調成仰斜，使得工作面與回風巷夾角小于90°。當含有大量瓦斯的風流經過上隅角后，風流急轉，上隅角處的風流會造成渦流效應，風流流速逐漸降低，加上瓦斯密度小，會在上隅角形成一個渦流區。風流中的瓦斯和采空區漏風帶出的瓦斯在此處循環，造成瓦斯聚集，并且很難隨風流擴散。上隅角形成的渦流區如圖2所示。

二、工作面瓦斯綜合治理方案

根據工作面上隅角瓦斯運移規律，筆者認為，上隅角瓦斯治理應從以下幾個方面入手。

1.合理設置通風系統。通風系統直接影響工作面瓦斯的涌出量和路徑，在設計工作面通風系統時，要采用有效的方法，如通風排瓦斯法，防止瓦斯聚集。在U形通風工作面中，要合理調整工作面風量，并盡量降低上下端口間的風壓，如果條件允許，要盡量采取下行通風的通風系統，以減少采空區漏風，從而從根本上減少瓦斯涌出。

2.瓦斯抽放。當瓦斯涌出量大于通風所能解決的瓦斯涌出量時，就應采取抽放瓦斯措施，對于局部區域的瓦斯超限，采用通風方法無法解決瓦斯問題或采用的通風方法不合理時，也必須采取瓦斯抽放措施。在距工作面約30 m處進行抽放，既可抽放采空區深部的瓦斯，又可改變采空區內漏風流路徑，對解決上隅角瓦斯最佳。

3.采用均壓技術，較少漏風。采用均壓技術可以降低風流進出口間的風壓差，減少漏風。在壓風管路中增設射流風機，通過射流風機提高工作面上隅角處風壓，從而減少上隅角及采空區的漏風，從而降低采空區瓦斯的涌出量，也有利于采空區瓦斯抽放。同時，射流風機風流速度較高，吹到上隅角后，擾動上隅角瓦斯聚集的渦流區域，同時把聚集的瓦斯吹散，帶入回風巷。均壓技術原理如圖3所示。

三、結論

設計合理可靠的通風系統，盡可能減少瓦斯涌出；當瓦斯涌出量大于通風所能解決的瓦斯涌出量時，可采用瓦斯抽放、均壓防治瓦斯、設立臨時通風設施等措施，對通風系統進行優化。在工作面回采過程中，必須結合現場實際使用效果，找出治理瓦斯的最佳解決方案。