采煤工作面隅角瓦斯治理技術與應用

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加大，煤礦生產的重心開始向深部煤層轉移。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，高產高效工作面不斷出現，尤其在回采的過程中，由于采空區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，即便在原來工作面中瓦斯含量一般的礦井，也會產生上隅角瓦斯積聚超限的現象。其中，上隅角是采煤工作面采空區的漏風交匯之處，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。按照系統工程理論，煤礦事故的發生主要源于以下基礎：物的不安全狀態、環境或觸發的不安全條件等，當然，人的不安全因素也是因為安全事故的重要因素。在采煤作業中，瓦斯突出是井下的一種復雜的動力現象，它通過地應力、瓦斯和煤的物理特性共同作用表現出來。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系

就統計規律而言，如果突出煤層越厚，那么危險性就會越大，如果發生突出的次數多，強度較大，那么發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失穩破壞，從而誘導突出的產生，同時其厚度影響著發生突出時參與做功的瓦斯量的高低。當煤層厚度增加之后，一些不穩定與不均勻的煤層結構就會相應增加，熱別是突出煤層當中軟分層發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系

通常頂底板巖性對突出的主要控制作用體現在對瓦斯的保存條件造成的影響。發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有的保存環境與條件，但是，保存環境與條件當中最關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

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

就同一礦區的同一煤層而言，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，該規律體現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，而國內與國外煤礦眾多的生產實踐說明，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 地質構造對突出的控制作用

瓦斯的產生與保存奠定了突出發生的物質條件，而地質構造影響則是發生突出的充分做準備。因為地質構造的影響，不僅高瓦斯礦井發生突出，同時低瓦斯礦井也由于瓦斯局部積聚而產生突出。通常煤的物理力學性質在通過構造應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生突出［3］。所以，倘若在區域性瓦斯動力范圍之內進行開采煤層群時，不管在什么樣的具體情況下，在一定開采深度之內，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無速度差，還可能使得風流出現紊流。

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，在采空區內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，進入采空區的風流逐漸返回工作面［4］。

2.3 采面上隅角的風流狀態

通常采面上隅角臨近煤壁與采空區側，風流速度很慢，局部位于渦流狀態。該種渦流讓采空區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運動而聚集在渦流區之中，出現了上隅角的瓦斯超限。如果工作面上隅角產生了滯后回柱，除了上隅角存在的渦流區之外，在接近切頂排的地方軍徽會出現微風區，使得采空區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象。

3 采煤工作面上隅角瓦斯積聚處理措施

3.1 設置臨時風障

如果采面隅角出現瓦斯超限的時候，在接近上隅角處可以設置風障，提高上隅角風量，能夠改變上隅角渦流狀態，降低上隅角瓦斯濃度，通過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發生，實現了沖淡、稀釋瓦斯的效果，這樣可以達到防止發生瓦斯在上隅角超限的任務。

3.2 利用尾巷排放瓦斯

在回風巷的采空區建立一段專門為排放采空區瓦斯的尾巷，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，可以沖淡上隅角附近采空區的瓦斯，能夠改變采空區瓦斯流向。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，或者優化通風設計與改變采空區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瓦斯在上隅角超限問題。然而對于自燃發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，在此基礎上建立采區瓦斯抽排泵站;其次是合理設計施工鉆場與優化布置鉆孔。尤其要注意的是鉆場間距和鉆孔參數和煤層頂板巖性關系非常密切，同時在工作面回采初期和正常回采期間也不同;最后要設置臨時風障導風，能夠改變上隅角渦流狀態，進而減少上隅角瓦斯濃度。

4 結束語

目前，我國煤礦瓦斯爆炸事故頻發，防止瓦斯爆炸，重點是預防發生瓦斯爆炸的三個因素，即是溫度、氧氣以及瓦斯體積分數。當前比較可行的手段就是控制瓦斯的體積分數。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，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，2009(6)：104-105.