采煤工作面隅角瓦斯治理技術(shù)與應(yīng)用

朱長松

(平煤股份七礦，河南 平頂山 467099)

隨著開采深度的不斷增加和開采范圍的持續(xù)加大，煤礦生產(chǎn)的重心開始向深部煤層轉(zhuǎn)移。這樣一來，煤層的瓦斯賦存量不斷增加，相對瓦斯涌出量與絕對瓦斯涌出量也會隨之上升［1］。此外，由于采煤機械化的實現(xiàn)，高產(chǎn)高效工作面不斷出現(xiàn)，尤其在回采的過程中，由于采空區(qū)上覆巖層的跨落以及鄰近層和圍巖、煤柱受采動壓力的影響，會有大量的瓦斯涌入到采空區(qū)，即便在原來工作面中瓦斯含量一般的礦井，也會產(chǎn)生上隅角瓦斯積聚超限的現(xiàn)象。其中，上隅角是采煤工作面采空區(qū)的漏風交匯之處，瓦斯的積聚十分容易，倘若對其未能進行良好的處理，將會造成極大的安全隱患。按照系統(tǒng)工程理論，煤礦事故的發(fā)生主要源于以下基礎(chǔ)：物的不安全狀態(tài)、環(huán)境或觸發(fā)的不安全條件等，當然，人的不安全因素也是因為安全事故的重要因素。在采煤作業(yè)中，瓦斯突出是井下的一種復雜的動力現(xiàn)象，它通過地應(yīng)力、瓦斯和煤的物理特性共同作用表現(xiàn)出來。文章首先分析了影響采煤工作面瓦斯突出的主控因素，然后討論了采煤工作面上隅角瓦斯超限的原因，最后從多個角度給出了工作面上隅角瓦斯積聚的處理措施。希望通過本文的工作，為時下采煤工作的有效、安全實施提供一定的可供借鑒的管理信息。

1 影響采煤工作面煤與瓦斯突出的主控因素

1.1 煤層厚度和突出危險關(guān)系

就統(tǒng)計規(guī)律而言，如果突出煤層越厚，那么危險性就會越大，如果發(fā)生突出的次數(shù)多，強度較大，那么發(fā)生突出的深度就會較淺。而煤層越厚，在開采過程當中，煤壁就更加容易出現(xiàn)失穩(wěn)破壞，從而誘導突出的產(chǎn)生，同時其厚度影響著發(fā)生突出時參與做功的瓦斯量的高低。當煤層厚度增加之后，一些不穩(wěn)定與不均勻的煤層結(jié)構(gòu)就會相應(yīng)增加，熱別是突出煤層當中軟分層發(fā)生的可能性以及厚度可能會不斷增加。

1.2 頂板巖性及其厚度與突出危險關(guān)系

通常頂?shù)装鍘r性對突出的主要控制作用體現(xiàn)在對瓦斯的保存條件造成的影響。發(fā)生突出首先要具備承壓瓦斯，而承壓瓦斯的存在一定要具備應(yīng)有的保存環(huán)境與條件，但是，保存環(huán)境與條件當中最關(guān)鍵的是煤層圍巖巖性［2］。煤層的圍巖所形成的封閉類型，它對突出也會產(chǎn)生非常重要的控制功能。通過對煤巖條件的分析得出，突出煤層瓦斯通常具有不錯的保存環(huán)境與條件，而嚴重突出礦井煤層瓦斯都是封閉型，部分突出礦井通常屬半封閉類型或封閉類型，如果是開放型的礦井通常不可能發(fā)生突出。

1.3 采煤工藝對突出的影響作用

通常采煤工藝技術(shù)對煤體施加工程力發(fā)揮重要作用，這種作用力是突出發(fā)生的誘導因素，是突出的外在能量。采用不同的采掘工藝技術(shù)參數(shù)，它對突出的誘導形式與作用效果有著天壤之別。根據(jù)統(tǒng)計資料可以看出，我國大部分的突出發(fā)生在放炮之時，同時平均突出發(fā)生強度最大，其高達百余噸。

1.4 開采煤層距地表垂深和突出危險性的關(guān)系

就同一礦區(qū)的同一煤層而言，因為隨著開采深度的不斷增加，它的煤層應(yīng)力與瓦斯壓力也在不斷增大，所以它的突出危險性也在不斷增加。而煤層瓦斯運移的大致趨勢是瓦斯通過地層深部向地表不斷逸散，該規(guī)律體現(xiàn)出了煤層瓦斯壓力是跟著深度增加而在不斷提高的。通常煤層埋藏深度是反映瓦斯含量高低的決定因素，而國內(nèi)與國外煤礦眾多的生產(chǎn)實踐說明，由于煤層埋藏深度的增加，所以煤層瓦斯壓力也會隨之增大，使得煤的吸附瓦斯量不斷增加，最終導致煤層瓦斯含量提高。

1.5 地質(zhì)構(gòu)造對突出的控制作用

瓦斯的產(chǎn)生與保存奠定了突出發(fā)生的物質(zhì)條件，而地質(zhì)構(gòu)造影響則是發(fā)生突出的充分做準備。因為地質(zhì)構(gòu)造的影響，不僅高瓦斯礦井發(fā)生突出，同時低瓦斯礦井也由于瓦斯局部積聚而產(chǎn)生突出。通常煤的物理力學性質(zhì)在通過構(gòu)造應(yīng)力導致的煤層突出危險性中的功能就在于，處于異常切向應(yīng)力處強度不夠高而極易脆性破壞的煤，較之強度較較高、瓦斯排出速度較慢同時不易脆性破壞的煤更加可能發(fā)生突出［3］。所以，倘若在區(qū)域性瓦斯動力范圍之內(nèi)進行開采煤層群時，不管在什么樣的具體情況下，在一定開采深度之內(nèi)，這一個煤層是具有突出危險性的，而其它煤層則不具備突出危險的。

2 采煤工作面上隅角瓦斯超限的原因分析

2.1 采面上隅角處兩面壓差

巷道風流當中的每一個斷面均具有靜壓、位壓以及動壓，這三種壓力總和就是全壓，而全壓差的高低決定了風流的方向與速度，因為上隅角處兩面的靜壓與位壓是相同的，風流速度不相同的，這樣使得采煤工作面的風流在此處轉(zhuǎn)彎，使得上隅角處風流速度變低，同時上隅角兩面的風流速度差較少，該處風流速度大大降低，最終使得在上隅角處出現(xiàn)無速度差，還可能使得風流出現(xiàn)紊流。

2.2 采煤工作面的通風方式

目前，采煤工作面的通風方式有如下幾種：“U”型、“Z”型、“Y”型、“W”型以及“H”型等類型，然而我國大部分采煤工作面都是采用“U”型的通風方式。在“U”型的通風方式下，采煤進入工作面的風流一般包括兩個方面，一方面是沿工作面流動;另一方面進入采空區(qū)，在采空區(qū)內(nèi)部通過一定的流線的方向進行流動，然后在工作面的下一部分，進入采空區(qū)的風流逐漸返回工作面［4］。

2.3 采面上隅角的風流狀態(tài)

通常采面上隅角臨近煤壁與采空區(qū)側(cè)，風流速度很慢，局部位于渦流狀態(tài)。該種渦流讓采空區(qū)涌出的瓦斯很難進入到主風流當中，最終導致高濃度瓦斯在上隅角就近循環(huán)運動而聚集在渦流區(qū)之中，出現(xiàn)了上隅角的瓦斯超限。如果工作面上隅角產(chǎn)生了滯后回柱，除了上隅角存在的渦流區(qū)之外，在接近切頂排的地方軍徽會出現(xiàn)微風區(qū)，使得采空區(qū)漏出的瓦斯在該處聚集，非常容易形成上隅角的瓦斯超限現(xiàn)象。

3 采煤工作面上隅角瓦斯積聚處理措施

3.1 設(shè)置臨時風障

如果采面隅角出現(xiàn)瓦斯超限的時候，在接近上隅角處可以設(shè)置風障，提高上隅角風量，能夠改變上隅角渦流狀態(tài)，降低上隅角瓦斯?jié)舛龋ㄟ^這樣能夠改變上隅角風流路線，最終致使進入上隅角新鮮風流的渦流狀態(tài)發(fā)生，實現(xiàn)了沖淡、稀釋瓦斯的效果，這樣可以達到防止發(fā)生瓦斯在上隅角超限的任務(wù)。

3.2 利用尾巷排放瓦斯

在回風巷的采空區(qū)建立一段專門為排放采空區(qū)瓦斯的尾巷，將工作面風流分為兩個部分，其一是沖洗工作面沖淡開采層的瓦斯，其二是漏入采空區(qū)，可以沖淡上隅角附近采空區(qū)的瓦斯，能夠改變采空區(qū)瓦斯流向。通過這種方法，可以降低上隅角瓦斯涌出，從根本上解決了上隅角瓦斯超限的問題［5］。

3.3 風排

如果工作面瓦斯絕對涌出量不高于5m3/min時，在風速不超限的條件下，通過采取加大通風風量，或者優(yōu)化通風設(shè)計與改變采空區(qū)漏風交匯點方向的方法，比如采用尾巷排放，能夠從根本上解決采空區(qū)瓦斯在上隅角超限問題。然而對于自燃發(fā)火極其嚴重的工作面通常不適用，同時一些巷道維護在采空區(qū)當中，其維護工程量太大且投入成本過高。

3.4 高位鉆孔抽放

高位鉆孔抽放能夠達到治本的效果，它是突進童亭礦普遍采用的方法，其步驟如下：首先要選擇功率合適的瓦斯抽排泵與抽排管路，在此基礎(chǔ)上建立采區(qū)瓦斯抽排泵站;其次是合理設(shè)計施工鉆場與優(yōu)化布置鉆孔。尤其要注意的是鉆場間距和鉆孔參數(shù)和煤層頂板巖性關(guān)系非常密切，同時在工作面回采初期和正常回采期間也不同;最后要設(shè)置臨時風障導風，能夠改變上隅角渦流狀態(tài)，進而減少上隅角瓦斯?jié)舛取?/p>

4 結(jié)束語

目前，我國煤礦瓦斯爆炸事故頻發(fā)，防止瓦斯爆炸，重點是預防發(fā)生瓦斯爆炸的三個因素，即是溫度、氧氣以及瓦斯體積分數(shù)。當前比較可行的手段就是控制瓦斯的體積分數(shù)。因為工作面瓦斯最高的地點通常是上隅角。所以，通過控制上隅角瓦斯可以防止瓦斯事故，保障回采工作面安全進行。

［1］汪長明，陳國紅，張軍.影響采煤工作面煤與瓦斯突出的主控因素及其重要性排序［J］.煤礦安全，2008(10)：82-85.

［2］張傳喜，馬丕良.淺析采煤工作面上隅角瓦斯超限的幾種處理方法［J］.煤礦安全，2008(3)：78-81.

［3］耿德金.高瓦斯采煤工作面上隅角瓦斯積聚成因及處理措施［J］.煤炭技術(shù)，2004(4)：55-56.

［4］王正國.采煤工作面上隅角瓦斯綜合治理研究［J］.甘肅科技，2012(8)：45-48.

［5］米曉坤.采煤工作面上隅角瓦斯治理［J］.煤炭技術(shù)，2009(6)：104-105.