上隅角瓦斯超限治理辦法
1采煤工作面上隅角瓦斯超限的原因分析 1.1采煤工作面的通風方式
采煤工作面的通風方法有： “U”型、“Z” 型、“Y” 型、“W” 型、“H” 型等多種，但我國絕大多數(shù)采煤工作面均采用“U”型通風方式。
“U”型通風條件下的采空區(qū)瓦斯流動場的規(guī)律：沿工作面推進方向，從工作面向采空區(qū)深部剖面看，采空區(qū)瓦斯呈現(xiàn)為一個拋物線狀，從進風巷向回風巷剖面看，采空區(qū)瓦斯呈現(xiàn)為一元一次方程直線狀(在上隅角處最大)。 在這種通風方式下，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(qū)，在采空區(qū)內(nèi)部沿一定的流線的方向流動，在工作面的后半部分，進入采空區(qū)的風流逐漸返回工作面。若工作面后方與鄰近煤層采空區(qū)或同一煤層未隔離的巷道相通，即采空區(qū)有漏風通道，則此風流會匯入工作面漏入采空區(qū)的風流中而流向工作面。其采空區(qū)流線分布如圖1所示。
可見，進入采空區(qū)的風流通過采空區(qū)，風流帶出瓦斯，逐漸返回工作面，最后匯集于采面上隅角，所以，工作面上隅角為采空區(qū)瓦斯流入工作面的匯合處。
1.2采面上隅角的風流狀態(tài)是瓦斯超限的重要原因(見圖2、圖3)
采面上隅角靠近煤壁和采空區(qū)側(cè)，風流速度很低，局部處于渦流狀態(tài)(如圖2所示)。這種渦流使采空區(qū)涌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(huán)運動而聚集在渦流區(qū)中，形成了上隅角的瓦斯超限。如圖3所示，若工作面上隅角出現(xiàn)滯后回柱，除上隅角存在的渦流區(qū)外，在靠近切頂排處會出現(xiàn)微風區(qū)，采空區(qū)漏出的瓦斯在此處積聚，更容易形成上隅角的瓦斯超限。
1.3采面上隅角處兩面壓差大小是瓦斯超限的一種原因
巷道風流中任一斷面都具有靜壓、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，由于上隅角處兩面的靜壓和位壓是一樣的，風流速度不一樣，采煤工作面的風流到此轉(zhuǎn)彎，造成上隅角處風流速度變慢，上隅角兩面的風流速度差降低，此處風流速度大大減少，在上隅角處出現(xiàn)無速度差，甚至風流出現(xiàn)紊流。
2防治上隅角瓦斯超限的方法
針對上隅角瓦斯超限的情況，通常的防治方法有十種，即：1、設(shè)置上隅角臨時擋風簾，
2、增大回采工作面風量3、設(shè)置采空區(qū)風幛，4、采煤工作面安裝局部通風機，5、采煤工作面回風巷安設(shè)風、水引射器， 6、安設(shè)專用抽排風機， 7、高位抽放瓦斯， 8、建立采煤
工作面尾排系統(tǒng)， 9、三相泡沫擠上隅角瓦斯，10、改變通風方式等，現(xiàn)分別進行分析。
2.1設(shè)置采面上隅角擋風簾
當采煤工作面上隅角出現(xiàn)瓦斯超限時，在靠近采煤工作面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(dǎo)較多的風流流經(jīng)上隅角，以稀釋高濃度瓦斯。風幛可采用軟質(zhì)風筒布制作，長度一般不小于10m。
某礦1301面在生產(chǎn)過程中，出現(xiàn)了上隅角瓦斯異常的現(xiàn)象，CH4濃度達到2%，于是在上隅角附近加設(shè)了一道擋風簾。根據(jù)現(xiàn)場觀測發(fā)現(xiàn)，采用擋風簾后，上隅角的CH4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，上隅角附近支、回柱，上出口行人、運料受到很大的影響，往往出現(xiàn)擋風簾被破壞而失去作用的現(xiàn)象，導(dǎo)致上隅角瓦斯?jié)舛扔趾芸焐叩匠逎舛纫陨稀＿@樣反復(fù)操作的結(jié)果，必然使上隅角瓦斯?jié)舛群龈吆龅?，極不穩(wěn)定，形成了安全生產(chǎn)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，這種方法主要是應(yīng)用在上隅角瓦斯不大的地點，并且只能作為臨時措施。這種方2 法實際上就是提高采面上隅角處兩面壓差，解決上隅角處渦流的問題。
2. 2增大回采工作面風量
工作面風流對上隅角渦流區(qū)積聚瓦斯的驅(qū)散，主要靠工作面風流與上隅角瓦斯積聚區(qū)間的空氣的對流和主風流的擴散作用。經(jīng)過長時間的現(xiàn)場觀察，發(fā)現(xiàn)在工作面正常供風的情況下，靠有限速度的風流來驅(qū)散上隅角渦流積聚區(qū)的高濃度瓦斯是不可能的。工作面采用增大風量的辦法，雖然可使上隅角積聚區(qū)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(qū)的風流速度加大，使采空區(qū)的瓦斯流線延深，加強了風流與采空區(qū)內(nèi)的瓦斯的交換。若采空區(qū)內(nèi)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，同時，風量過大又有以下缺點： (1)造成鄰近采掘工作面的供風量下降，影響礦井通風系統(tǒng)的穩(wěn)定;
(2)使采面風流中的粉塵濃度增加，惡化工作面的工作環(huán)境，增大防塵工作的難度;
(3)工作面風量過大容易使巷道內(nèi)的風速超過《煤礦安全規(guī)程》的規(guī)定，影響礦井的質(zhì)量標準化達標。
2. 3設(shè)置采空區(qū)風幛
根據(jù)采面上隅角瓦斯超限的原因可知，若能減少進入采空區(qū)的風量，則可減少采空區(qū)的瓦斯涌出量，使上隅角避免出現(xiàn)瓦斯超限。如圖5所示，在工作面采空區(qū)一側(cè)，沿切頂排從工作面一出口到上隅角設(shè)置風幛，這樣就可最大限度地減少進入采空區(qū)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(qū)，所以應(yīng)保證此區(qū)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(qū)的瓦斯涌出量，但是由于風幛位于采空區(qū)邊緣，采空區(qū)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。只有當回采工作面上隅角積聚瓦斯速度不大(2～3m3/min)和瓦斯?jié)舛炔惶?3%左右)的情況下應(yīng)用效果才明顯。 2.4安設(shè)安裝局部通風機 在工作面內(nèi)，距采煤工作面上隅角10～15m的位置，安裝一臺5.5KW或2×2.2KW的小局扇，用膠質(zhì)風筒將風引到回風上隅角，在采煤工作面上隅角位置形成正壓區(qū)，通過局扇引入新鮮風流稀釋采煤工作面上隅角瓦斯，使該處瓦斯?jié)舛冉档揭?guī)定以下，該局扇隨著工作面的前移而移動。
2.5安設(shè)風、水引射器
當采煤工作面上隅角出現(xiàn)瓦斯超限時，安設(shè)一臺風、水引射器，利用高壓水、風聯(lián)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(qū)，工作面的主風流由于壓差的作用會增大流經(jīng)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(jīng)流過此處的工作面風流的稀釋后進入風筒內(nèi)部，排入回風巷。這種處理方式具有以下優(yōu)點： (1)采煤工作面上隅角的瓦斯可盡快地進入風筒內(nèi)部，排入回風巷; (2)可增大采煤工作面上隅角的風量，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(zhuǎn)的情況下，此種方式抽排采煤工作面上隅角瓦斯是一個安全可靠的治理過程。
這種方法具有以下幾點：
(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(chǎn)生火花的隱患;
(2)改變風、水壓即可調(diào)整風量; (3)結(jié)構(gòu)簡單，安裝移動方便;
3 需要加強管理，防止動力源(水、風)突然停止，造成采煤工作面上隅角瓦斯突然積聚。 風、水引射器在采煤工作面上隅角可采取以下幾種布置方式：
(1)風、水引射器在采煤工作面布置，出風口對準采煤工作面上隅角吹散瓦斯。
(2)風、水引射器在采煤工作面回風巷布置，吸風口對準采煤工作面上隅角引排瓦斯，吸風段裝一段骨架風筒，排風口避開采煤工作面回風巷電器設(shè)備。
(3)風、水引射器在采煤工作面回風巷布置，出風口對準采煤工作面上隅角吹散瓦斯。
2.6安設(shè)專用抽排風機 2.6.1脈動通風技術(shù)
脈動通風技術(shù)是利用風流的紊流擴散系數(shù)與風流脈動特性相關(guān)的理論，研制的一套技術(shù)可靠、經(jīng)濟合理且實用的脈動風機使用技術(shù)。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系數(shù)，提高風流驅(qū)散局部積聚瓦斯的能力，從根本上解決回采工作面上隅角瓦斯積聚的問題。
2.6.2 GDS-1型瓦斯自動排放系統(tǒng)
由煤科總院重慶分院研制的GDS-1型瓦斯自動排放系統(tǒng)，由抽出式無火花風機、瓦斯傳感器、控制裝置、調(diào)節(jié)風門、吸風器和若干風筒組成。主要結(jié)構(gòu)如下圖所示。
上隅角瓦斯高濃度瓦斯經(jīng)吸風器X進入硬質(zhì)風筒Y，雙級傳感器檢測調(diào)節(jié)風門K前后端風筒內(nèi)的瓦斯?jié)舛?，由控制裝置內(nèi)的單片機根據(jù)瓦斯?jié)舛戎祦泶_定調(diào)節(jié)風門開或關(guān)，以及開關(guān)角度的大小，從而改變摻入“新風”的風量，使排放瓦斯風筒內(nèi)瓦斯?jié)舛炔怀蕖?2.6.3小型液壓風扇
液壓風扇分為監(jiān)控裝置和執(zhí)行裝置，監(jiān)控裝置包括控制處理器和瓦斯傳感器，執(zhí)行裝置包括小型液壓風扇和液壓動力系統(tǒng)。監(jiān)控裝置的工作原理，是由放置在工作面上隅角的瓦斯?jié)舛葌鞲衅鲗崟r檢測瓦斯?jié)舛?，并將檢測的瓦斯?jié)舛刃盘栟D(zhuǎn)換為模擬電信號，傳到控制處理器，經(jīng)過中心處理單元對檢測到的模擬信號進行處理判斷，發(fā)出指令控制繼電器的開啟與閉合，實時控制液壓風扇。當瓦斯?jié)舛瘸迺r，風扇啟動，吹散上隅角積聚的瓦斯;待瓦斯?jié)舛冉档桨踩缦迺r，風扇即生動停止。
2.6.4安設(shè)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，沿工作面回風巷鋪一趟剛性風筒，風筒吸口在距上隅角約0.5m位置，排風口安在風眼內(nèi)或區(qū)城回風巷內(nèi)，風機安裝在回風巷內(nèi)，每200～300m一組，用壓風作為動力。 2.6.5安設(shè)移動式抽放泵抽放上隅角瓦斯
沿工作面回風巷鋪一趟剛性風筒，風筒前面鋪一根抽放花管(采空區(qū)內(nèi))，抽放花管長度15~20m左右，要求采用低負壓抽放，該
管子與回風系統(tǒng)的剛性風筒相連，這樣在隅角處形成一個負壓區(qū)，使隅角處瓦斯向抽放管子流動，最后排到采區(qū)回風巷。
2.7高位抽放瓦斯 布孔方式：在工作面回風巷內(nèi)直接布置鉆場，從頂板開孔，往工作面上方裂隙帶打鉆孔，抽放上鄰近層及其附近煤線中的瓦斯。工作面推進方向反向布置鉆孔，鉆場間距15m，每個鉆場打3個鉆孔，利用工作面前方煤體保護鉆孔，工作面回采到位時撤出?；仫L巷安抽放瓦斯管，抽采空區(qū)的瓦斯，在采煤工作面上隅角處形成一個負壓區(qū)，使采煤工作面上隅角處瓦斯向抽放管流動。
布孔參數(shù)：鉆孔設(shè)計依據(jù)兩個原則，一是鉆孔的終孔層位位于裂隙帶上部界限，二是鉆孔進入卸壓區(qū)的層位位于冒落帶頂部、裂隙帶下部界限以上。
根據(jù)礦壓理論，煤層開采后其頂?shù)装鍘r層發(fā)生冒落移動，當上覆巖層下沉穩(wěn)定后，上覆巖層采動裂隙區(qū)劃可分為“豎三帶”和“橫三區(qū)”，即采動區(qū)沿垂直方向由下往上劃分為冒
4 落帶、裂隙帶和彎曲下沉帶; 沿工作面推進方向在工作面風巷和機巷區(qū)域分為煤壁支撐影響區(qū)、離層區(qū)和重新壓實區(qū)。隨著工作面不斷向前推進，沿工作推進方向上的“橫三區(qū)”隨之交替向前移動。
頂板抽放口最佳位置：法距位于垂直煤層頂板向上8～25m、(10～15m)(位于冒落帶頂部，裂隙帶下部)，平距位于回風巷內(nèi)錯 8～30m(8～17m)。具體礦井，要根據(jù)其實際綜合確定。其中鉆孔的終孔位置，可以利用幾何知識，通過計算得到。 2.8建立采面尾排系統(tǒng)
沿工作面回風巷(采空區(qū))鋪一趟非金屬的管子，可以使用水泥體。該管子與回風系統(tǒng)相連通(不是與采煤工作面的回風巷)，在采煤工作面上隅角處形成一個負壓區(qū)，使采煤工作面上隅角處瓦斯沿管子流向回風流。 2.9三相泡沫擠壓工作面上隅角瓦斯
采用三相泡沫技術(shù)，用三相泡沫擠占瓦斯占據(jù)的空間來降低瓦斯?jié)舛?，三相即水、灰、氮氣，灰可采用黃泥、煤碳發(fā)電的爐渣等材料，水灰比 (質(zhì)量比)1：4 ：1。 該法具有處理速度快，效果明顯的特點，這是發(fā)展的趨事。
2.10改變通風方式
我國煤礦的通風方式大部分采用上行風，由于采煤工作面涌出的瓦斯比空氣輕，其自然流動的方向和上行風的方向一致，在正常風速(大于0.5 ～0.8m/s)下,瓦斯可能出現(xiàn)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，二者易于混合且不易出現(xiàn)瓦斯層狀流動和局部積存的現(xiàn)象，能防止上隅角瓦斯積聚,但《煤礦安全規(guī)程》第一百一十五條規(guī)定，有煤(巖)與瓦斯(二氧化碳)突出危險的采煤工作面不得采用下行通風。所以在運用下行通風時，必須慎重。
3結(jié)論
經(jīng)過以上分析，結(jié)合現(xiàn)場的實際情況，一旦采面上隅角出現(xiàn)瓦斯超限，立即在采面上隅角掛風簾、安擋風幛;增大工作面的進風量、調(diào)高工用面的壓差，檢查與該工作面相關(guān)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(shè)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急性的措施，治理上隅角瓦斯超限的主要方法應(yīng)該是：高位抽放，尾排，上隅角瓦斯抽排。其根本方法是開采解放層，提前進行巷道抽排或預(yù)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(wěn)定性;所以治理上隅角瓦斯應(yīng)提前考慮、提前施工，早投入，早見效。
參考文獻： 1.國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局.煤礦安全規(guī)程專家解讀.徐州.中國礦業(yè)大學出版社.2007 2.通風安全學.徐州.中國礦業(yè)大學出版社.2002
3.于不凡.煤礦礦瓦斯災(zāi)害防治及利用技術(shù)手冊.北京.煤礦工業(yè)出版社.2005 采煤工作面上隅角局部瓦斯積聚的處理方法大致有四種：
(1)在上隅角處設(shè)隔墻或風障迫使一部分風流流經(jīng)上隅角，排除聚積瓦斯(即風障引導(dǎo)風流法); (2)雙巷排風的回風道，打開上隅角處的聯(lián)絡(luò)眼，在工作面回風巷中設(shè)調(diào)節(jié)門，迫使一部分風流清洗上隅角，也稱為尾巷回風法;
(3)拆開上部采空區(qū)密閉，使工作面采空區(qū)中的瓦斯由上部老塘排到采區(qū)回風道; (4)利用高壓水或壓氣的引射口在工作面上隅角處排除積存瓦斯。
                

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