回采工作面上隅角瓦斯超限原因与控制方法的分析Microsoft Word 文档Word格式.docx

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图1U型通风系统风流流动路线

2.涡流、微风区的存在

工作面上隅角容易形成涡流，经过现场观察，根据分析得知，采煤工作面上隅角靠近煤壁和采空区侧，风流经过工作面上端头时由于巷道突然垂直拐弯，靠近煤壁的风流速度很低，工作面隅角局部处于涡流状态，在附近出现风流循环现象，如图2所示。

这种涡流使采空区涌出的瓦斯难以进入到主风流中，从而使高浓度瓦斯在上隅角附近循环运动而聚集在涡流区中，形成了上隅角的瓦斯积聚超限。

若工作面上隅角出现滞后支架，除隅角存在的涡流区外，在靠近切顶线处会出现微风区，采空区漏出的瓦斯在此处积聚，更容易形成上隅角的瓦斯超限。

图2回采工作面上隅角涡流

通过上面分析可知，回采工作面上隅角瓦斯超限的原因是：

漏风和涡流、微风区的共同存在。

要防治回采工作面上隅角瓦斯超限：

一是控制漏风；

二是控制上隅风流状态，避免出现涡流区、微风区。

本文只对目前铁法能源公司解决上隅角瓦斯超限的主要几种措施进行分析。

二.目前铁法能源公司控制上隅角瓦斯超限的方法及分析与评价

1.上、下隅角封堵，设置采空区风障

利用不燃性材料（如珍珠岩）装入编织袋，对上、下隅角空间进行动态封堵，即分别在工作面上、下隅角推完端头支架后，利用珍珠岩编织袋对上、下隅角空间进行封堵，在下一个循环拉支架前分别拆除封堵墙,另外还可以在工作面采空区一侧，增加设置沿支架从下隅角经工作面至回风上隅角的风幛，这样就可最大限度地减少进入采空区的漏风量。

尤其是在工作面入、出口处，由于风流进入工作面时在此处直射采空区，所以应保证此区段封堵严密。

大明矿ES702边采边撤刨煤工作面工作面，采高平均1.66m，工作面的断面只有3～5㎡。

采取生产班在上、下隅角吊挂麻布，检修班利用珍珠岩封堵上、下隅角，在工作面采空区一侧设置沿支架从下隅角经工作面至回风上隅角的风幛，减少了采空区漏风，增加了工作面的有效风量，使上隅瓦斯浓度由1.7%下降到1.2%，回风流瓦斯由0.6～0.8%下降到0.4～0.6%，有效的防治了瓦斯超限的现象。

工作面上、下隅角空间进行封堵的方法，控制了瓦斯涌入上隅角的通道，可减少采空区的瓦斯涌出量，但是存在工作面机头、机尾推拉支架时需要拆除封堵墙，此期间有可能造成瓦斯积聚、超限，同时，由于风幛位于采空区边缘，采空区落下的矸石极易将风幛破坏，造成风幛漏风增大；

另外，由于封堵墙需要动态封堵，风幛需要随着工作面向前推进而逐渐前行，所以增大了工人的操作难度和工作量。

2.设置上隅角挡风帘

图3上隅角挡风帘示意图

1-上隅角；

2-采空区；

3-回采工作面；

4-回风巷；

5-临时挡风帘

如图3所示，当采煤工作面上隅角出现瓦斯超限时，在靠近上隅角处挂一挡风帘，使之将工作面的风流一分为二，利用风帘引导较多的风流流经上隅角，提高上隅角的风流速度，稀释高浓度瓦斯。

风帘可采用软质风筒布制作，长度一般10m。

大明矿新东翼西417综采回采工作面在生产过程中，出现上隅角瓦斯异常的现象，CH4和C02浓度分别达到2.1%和4.8%,于是在隅角附近加设了一道挡风帘。

根据现场观测发现，采用挡风帘后，隅角的CH4和C02浓度很快降到1%以下。

但是由于挡风帘的存在，使采煤机割煤，隅角附近支、回柱，上出口行人、运料受到很大的影响，往往出现挡风帘被破坏而失去作用的现象，导致隅角瓦斯浓度又很快升高，形成了安全生产的一大隐患。

同时，挡风帘的存在，增大了工作面的通风阻力，可能使工作面的风量降低。

通过现场应用，这种方法在采煤工作面上隅角瓦斯积聚速度不快（2m3/min~3m3/min）和瓦斯浓度不太高（3%左右）的情况下应用效果较好。

方法简单、易见效，但排放浓度不能控制且风障易损坏可靠性差，效果不理想。

同时也影响工作面正常作业。

3.上隅角瓦斯排放 

如图4所示，在回采工作面沿回顺上隅角经回顺中至总排铺设一趟骨架风筒（风筒直径根据巷道断面一般选择直径800mm或600mm），将骨架风筒入风口插入回风上隅角封堵墙高顶位置，因为采煤工作面回风上隅角压力要高于总排压力，因此在骨架风筒两端压差作用下，形成回风上隅角→骨架风筒→总排的瓦斯排放风流，同时在距风筒入风口20～50m处设风量调节装置，在风量调节装置下风侧5m处安设瓦斯传感器，瓦斯传感器报警浓度2.5%，骨架风筒内瓦斯浓度达到报警值后，通过调整风量调节装置，调整风量，确保骨架风筒内瓦斯浓度小于2.5%。

大隆矿在东三403采场接设了骨架风筒对上隅角瓦斯进行排放，该工作面回风上隅角至东三7层专用回风道接设直径800mm骨架风筒900m，经测量骨架风筒排风量在80～100m3/min，排放浓度2.0%，排放瓦斯纯量约1.6m3/min，通过骨架风筒有效的解决了上隅角瓦斯超限的问题。

这种处理方式具有以下特点：

由于风筒体积小，占用空间小，可大大地减少工作面施工造成的影响；

不需要动力，无需机电设备运行，所以比较安全可靠；

骨架风筒排风量少，同时受到瓦斯排放浓度限制，排放瓦斯浓度低、排放瓦斯纯量少，适合瓦斯涌出量较小的工作面。

图4上隅角瓦斯排放示意图

3-工作面采；

5-骨架风筒

4.上隅角瓦斯抽放 

与上隅角瓦斯排放方式基本相同，只是将骨架风筒变成瓦斯抽放管路，瓦斯抽放管路与地面瓦斯泵站或井下移动瓦斯泵相连接，对上隅角进行抽放，与利用矿井负压通过骨架风筒排放方法相比，利用瓦斯泵通过抽放管路进行抽放可以提高瓦斯抽放浓度，从而大大提高瓦斯抽放量。

大兴矿在S5719回采工作面回风上隅角接设了瓦斯抽放系统，地面配套瓦斯抽放泵为CBF-730型，该泵额定抽放量500m3/min，配套抽放立孔和抽放干管直径600mm，进入工作面回顺后管路直径为400mm，管路末端至回风上隅角20m接设直径400mm骨架风筒，工作面正常生产期间，抽放瓦斯混量160m3/min，抽放瓦斯浓度4.0%，可抽放瓦斯纯量6.4m3，大大提高了瓦斯抽放量。

但抽放管道安装拆除工程量大，劳动强度大；

占据空间大，影响生产。

5.增大回采工作面风量

工作面风流对上隅角涡流区积聚瓦斯的驱散，主要靠工作面风流与上隅角瓦斯积聚区间的空气的对流和主风流的扩散作用。

经过长时间的现场观察，发现在工作面正常供风的情况下，靠有限速度的风流来驱散上隅角涡流积聚区的高浓度瓦斯是不可能的。

工作面采用增大风量的办法，虽然可使上隅角积聚区风流与工作面主风流的对流作用加大，但是随着风量的提高，负压增大，采空区的漏风风流速度加大，使采空区的瓦斯流线延深，加强了风流与采空区内的瓦斯的交换。

若采空区内存在其它漏风通道，则会增大此漏风量。

总之，若增大采面风量，会使风流携带出的瓦斯量增加。

根据参考资料，某矿3203W工作面开采时，3202W面为相邻的上工作面，己开采完且封闭。

当采面推到与3202W面联络巷位置时，由于密闭墙体被压坏，导至3202W面采空区内的高浓度瓦斯涌入3203W面，使该面隅角瓦斯浓度达到1.1%。

工作面正常配风量为500m3/min，为稀释隅角的高浓度瓦斯，将工作面风量提高到850m3/min。

经测定，隅角的瓦斯浓度降到0.9%，仅下降了0.2%。

可见，单靠增大采面风量的办法难以有效地处理上隅角积聚的瓦斯。

同时，风量过大又具有以下缺点：

①造成邻近采掘工作面的供风量下降，影响矿井通风系统的稳定；

②使采面风流中的粉尘浓度增加，恶化工作面的工作环境，增大防尘工作的难度；

③工作面风量增加，加大了采空区漏风量和漏风深度，使采空区氧化自然带面积增加，加大了采空区发生自燃发火的可能性。

综上所述，任何方法都有它的局限性，特别是铁法能源公司刨煤机工作面、大采高综采工作面、放顶煤综采工作面的上隅角，均时有瓦斯超限现象发生，因此，根据各矿煤层及生产的实际情况寻找并采用新的技术解决回采工作面上隅角的瓦斯超限问题势在必行。

三、控制上隅角瓦斯超限新技术及分析与评价

1．脉动通风

（1）工作原理，脉动通风技术是利用风流的紊流扩散系数与风流脉动特性相关理论，研制的双旋转环绕射流脉冲局部通风机使用技术。

环绕射流是根据双旋转脉冲通风机的工作特点定义的，即风流由风机出风口射出的同时，风机出风口又环绕风机体轴心旋转，因此将风机产生的这种特殊形式的射流称为环绕射流。

对于风机四周某一固定位置而言，环绕射流将随风机体的环绕旋转而对该处产生周期脉冲式作用，故将这种通风称为环绕射流脉冲通风。

（2）环绕射流脉冲通风对上隅角积聚瓦斯的运移过程如图5所示。

旋转方向与主风流方向一致的环绕射流进入上隅角瓦斯积聚区后，其卷吸掺混作用可使周围一定范围内的高浓度瓦斯得到稀释；

射流轴线向主风流方向的弯曲趋势可使其所卷吸的瓦斯沿射流弯曲方向外移，射流环绕风机体连续旋转，将上隅角内的瓦斯逐渐由里向外运移，并最终排入主流风流。

（3）脉动通风机在工作面上隅角安装方式：

①在距工作面上隅角最进的液压支架侧护板上固定一悬臂梁，使脉动通风机吊挂于悬臂梁下方，并可随液压支架的推进而向前移动；

②将脉动通风机安装在工作面上隅角底板上。

（4）工程实践，平煤集团公司十矿属突出矿井，随着煤层埋藏深度增加,其瓦斯含量不断增大，涌出量在135m3/min以上。

为防止回采工作面上隅角瓦斯积聚超限，采用了加大采面通风量、上隅角设置风障、利用小局扇吹淡上隅角瓦斯等措施，但有时还不能解决问题。

为此，十矿先后在20100、24030回采工作面利用脉动通风进行了治理采面上隅角瓦斯的试验。

实践证明，有效地解决采面上隅角瓦斯积聚超限问题。

（5）特点分析：

①在正常风流中叠加脉动风流增加风流紊流扩散系数，提高了风流驱散局部积聚瓦斯能力，从根本上解决了上隅角瓦斯积聚超限问题。

②环绕射流脉冲通风对上隅角高浓度瓦斯的周期性稀释和排放过程，可以使上隅角高浓度瓦斯持续不断地排向回风巷，并且每次排放的瓦斯量较小，从而可以避免因上隅角高浓度瓦斯骤然大量排向回风巷而导致回风流瓦斯浓度超限，这种排放对保证采煤工作面的安全生产具有十分重要意义。

③针对脉动通风机运行环境的特殊要求，其动力采用气压式或液压式作为动力源。

通过分析可以看出：

脉动通风解决上隅角瓦斯超限问题比设置上隅角挡风帘、上隅角瓦斯排放法，技术可靠、经济合理。

与上隅角瓦斯抽放相比，安装拆除工程量，占据空间小。

所以该法技术先进、合理、简单易行、效果好、安全、经济。

值得公司各矿研究应用。

图5环绕射流脉冲通风对上隅角瓦斯运移过程示意图

2．下行通风

（1）下行通风能有效地解决上隅角瓦斯积聚的原因分析：

下行通风时工作面和采空区的总压差比上行通风小，采空区的漏风量也比上行通风时小，因此下行通风从采空区带出的瓦斯量就比上行通风时少，致使涌出量就比上行通风时低；

正由于下行通风能把采空区上部高浓度瓦斯排出或滞留于采空区内，故上隅角瓦斯积聚的可能性就比上行通风小。

另外，瓦斯从下隅角涌出后，受到浮力作用上升，在上升过程中与下行风流相混合，因而采用下行通风时，下隅角瓦斯的积聚也没有上行通风时上隅角瓦斯积聚的情况严重。

（2）工程实践，采煤工作面采用下行通风能防止上隅角发生瓦斯积聚，这一点已被许多矿井的实测结果所证实。

阜新清河门煤矿的实测结果是：

上行通风时工作面上隅角瓦斯浓度常常达10%，改为下行通风后瓦斯浓度不再超限，下行通风的工作面下隅角瓦斯浓度最高为0.49%~0.7%，没有发生瓦斯积聚。

芙蓉煤矿采用上行通风时，上隅角瓦斯浓度经常超限，改用下行通风后不再超限。

（3）其它优点分析

①由于风流方向与运煤方向一致，可以有效地降低煤尘发飞扬，而且由于运输设备设在回风顺槽，运输过程中产生的粉尘、破碎机破碎煤炭过程中产生的粉尘都直接从回风顺槽排走，不进入工作面，有利于改善工作面的作业环境。

②机电设备布置在回风巷，设备产生的热量不散发到工作面，使工作面气温降低。

③综采工作面操作支架均是邻架操作，且人在上方俯视下方操作更加方便。

在移架过程中产生的粉尘，顺风而下，避免对操作者的危害和对视线的影响。

④工作面下行通风，下隅角为回风侧，温度较高，与采空区内部温差则较小，从而可以减少下限角与采空区之间的自然风压，减少采空区内部因自然风压产生的漏风，有利于预防采空区浮煤自然发火。

通过以上分析可以看出，根据煤层条件采取下行通风，不但能解上隅角瓦斯超限问题，还可以改工作面作业环境，是值得推广应用的。

3．充填三相泡沫

充填充三相泡沫就是将水、灰、氮气按一定配比利用管道经上隅角对采空区进行充填，灰可采用黄泥、煤碳发电的炉渣等材料。

目前铁法能源公司各矿充填三相泡沫的目的是为了防止煤炭自燃。

充填三相泡沫可以挤压上隅角空间瓦斯，同时由于对上隅角及采空区空隙进行充填，封闭了瓦斯涌入上隅角及采空区漏风的通道，可防止上隅角瓦斯积聚超限。

是通过对采空区和上隅角的综合治理达到防治上隅角瓦斯超限的一种方法。

具有处理速度快，效果明显的特点，是发展的趋事。

结束语经过以上分析，结合现场实际情况可知，回采工作面上隅角积聚瓦斯的治理，要根据煤层情况、工作面巷道布置情况、瓦斯涌出情况、上隅角附近支护状况等情况，因地制宜选择一种合适的方法或几种方法联合起来，对上隅角和采空区综合治理。

同时，要积极探索研究应用新的技术。

以达到安全、经济、有效的解决回采工作面上隅角瓦斯超限的问题。