上隅角瓦斯浓度论文

上隅角瓦斯浓度论文（精选8篇）

上隅角瓦斯浓度论文 篇1

煤矿瓦斯治理是煤矿安全生产工作的重要组成部分,而采煤工作面上隅角瓦斯治理则是瓦斯治理的主要内容。由于井下条件的特定性、井下瓦斯的难于预测性、采煤工作面的几何特性、采煤方式方法的差异性,造成工作面上隅角的瓦斯积聚,并使上隅角瓦斯治理工作常常得不到较为明显的效果。

采煤工作面上隅角瓦斯积聚是各种因素综合影响的结果,但瓦斯抽采系统、工作面风量、尾排巷风量对其影响尤为明显。因此,分析上隅角瓦斯与瓦斯抽采系统、工作面风量、尾排巷风量之间的相互影响关系,对研究上隅角瓦斯治理有着重要意义。

1 抽采系统对上隅角瓦斯浓度的影响及实证分析

1.1 抽采系统对上隅角瓦斯浓度的影响

在矿井开采过程中,上隅角瓦斯浓度经常随着瓦斯抽采系统负压的变化而发生改变。由于通风的原因,工作面与采空区存在气压差。当抽放系统(工作面上隅角埋管瓦斯抽放系统)没有工作时,上隅角采空区深部瓦斯由于受工作面与采空区的气压差的影响,向上隅角做径向运动;当瓦斯抽放系统正常抽放时,形成了分压,干扰了瓦斯的这种径向运动,降低了上隅角及回风流中的瓦斯浓度[1]。瓦斯抽放系统抽放负压在一定范围内(6.7~7.4 kPa)增大时,在巷道的卸压带内,瓦斯压力低,煤体的透气性系数增大,扩大了钻孔的有效抽放半径[2],瓦斯抽放系统的抽放量随之增大,且改变了瓦斯径向流动的压差,上隅角瓦斯浓度因此减小。当抽放负压过大时,会将抽放管路附近裂隙中的气体抽入抽放管路,上隅角瓦斯浓度不会再减小,有时反而会增大。

1.2 实证分析

某矿五采区3#上煤层左五采煤工作面,可采储量32.5万t,煤层厚度2.2 m,采用综合机械化采煤方式采煤,采煤工作面长度120 m,工作面绝对瓦斯涌出量33.43 m3/min,回风流瓦斯体积分数0.5%,采用地面集中泵站抽放瓦斯,抽放瓦斯纯量24.05 m3/min,上隅角瓦斯体积分数3.2%,处于超限状态。

对五采区3#上煤层工作面上隅角,采用增大抽放瓦斯系统抽放负压加以治理。抽放系统的抽放负压由原来的6.7 kPa提高到7.4 kPa,瓦斯抽放量由24.05 m3/min增加到26.11 m3/min,抽放量增加,上隅角瓦斯体积分数下降,由3.20%降到2.85%。继续提高瓦斯抽放负压至7.6 kPa时,瓦斯抽放量为23.89 m3/min,有所下降,而上隅角瓦斯体积分数为3.0%,几乎没有变化。具体数据见表1。

由表1可以看出,有效提高瓦斯抽放负压,虽然采空区上邻近层瓦斯释放速度也会增加,但增幅有限[2],在一定范围内对降低上隅角瓦斯浓度影响明显。且提高抽放负压方法操作简易、方便,同时可提高瓦斯抽放量,增加经济效益。当上隅角瓦斯浓度在超限临界范围内可有效控制上隅角瓦斯浓度。通过此种方法还可以得出煤矿瓦斯抽放负压在6.9~7.4 kPa为最优的抽放负压。而过高地增大抽放负压(>7.4 kPa),会使采空区内空气经裂隙网抽进钻孔,降低瓦斯抽放浓度,从而降低瓦斯抽放量[3]。当上隅角瓦斯浓度过大时,此方法不能有效控制上隅角瓦斯浓度。

2 工作面风量对上隅角瓦斯浓度的影响及实证分析

2.1 工作面风量对上隅角瓦斯浓度的影响

采煤工作面风量对上隅角瓦斯浓度有着较为明显的影响。一定范围内增加工作面风量,增加了流经上隅角风量[4],同时会使采空区与工作面的气压差在较小范围内增大。由于采煤工作面与采空区之间气压差不够大,风流并不能把采空区深部的瓦斯带出来,只对采空区边界浅部及上隅角瓦斯浓度有一定的影响。风流把采空区边界浅部大部分瓦斯由上巷及尾排巷排出,由于工作面风流的持续性,所以适当增加工作面风量对上隅角瓦斯浓度降低有明显效果。而当风量过大时,在气压差的推动下会把采空区深部瓦斯带入工作面上隅角及采空区浅部。由于采空区深部存在大量的瓦斯,所以在一定时间内会增加上隅角及工作面上巷的瓦斯量。

林柏泉、周世宁在《U形通风工作面采空区上隅角瓦斯治理技术》中指出,采空区内瓦斯流动服从松散介质达西渗透定律:q=-bk(p21-p22)/Δs,其中q表示单位时间单位面积采空区涌入工作面的瓦斯量。由达西定律可知,采空区的瓦斯流向主要与(p21-p22)有关[5],增加工作面风量,采空区与工作面的气压差增大,采空区瓦斯向工作面涌出量增大,风流把采空区内瓦斯大部分由上巷及尾排巷排出,导致抽放瓦斯浓度下降。

2.2 实证分析

五采区左五工作面正常通风时,工作面风量为1 232 m3/min。当工作面风量由1 232 m3/min增加到1 588 m3/min时,尾排巷风量增加到356 m3/min,上隅角瓦斯体积分数由3.20%降到2.45%。具体数据见表2。

从表2可以看出,随着工作面风量的增加,工作面与采空区的气压差增大,使采空区内部大部分瓦斯涌向工作面、工作面浅部及上隅角。也就是说上隅角及回风上巷瓦斯浓度会随风量的增加而增大。且受工作面与采空区的气压差增大影响,瓦斯抽放量降低。工作面风量增加到1 643 m3/min的同时,上隅角瓦斯体积分数为2.39%,抽放系统的瓦斯抽放量开始降低,由24.05 m3/min降到22.99 m3/min。工作面风量继续增加,上隅角瓦斯浓度略有回升。此时上隅角瓦斯体积分数为2.70%,而抽放系统瓦斯浓度则急剧下降,抽放量17.65m3/min。

由图1可以看出,五采区3#上煤层采煤工作面的抽放钻孔打到采空区附近,与附近的裂隙相连,主要抽放采空区内的瓦斯。

由于五采区的采空区瓦斯向工作面涌出量增大,大部分瓦斯由上巷及尾排巷排出,导致抽放瓦斯浓度下降。

3 尾巷风量对上隅角瓦斯浓度的影响及实证分析

3.1 尾巷风量对上隅角瓦斯浓度的影响

在正常的U形通风或尾排巷风量很小时,风流压差主要在进风巷与回风巷之间,上隅角成为工作面的漏风交汇点,上隅角漏风流线大多数是流经采空区深部的流线,携带大量高浓度瓦斯,汇到上隅角附近[6]。而风流流经到上隅角靠近煤壁和采空区内侧时,风流速度已经很低,局部处于涡流状态,涡流运动使采空区内高浓度瓦斯难以进入回风巷,致使其在上隅角做涡流运动,见图2。

当尾排巷风量增加时,相当于又增加了一个上隅角,携有大量瓦斯的部分风流的方向发生改变,向上移动(见图3),使工作面上隅角瓦斯浓度降低。

增加尾排巷风量,也增加了采空区深部漏风量,破坏了原有上隅角的瓦斯涡流运动。工作面上隅角靠近煤壁和采空区内侧边界,做涡流运动的高浓度瓦斯开始涌入尾排巷,上隅角瓦斯浓度减小[7],且瓦斯抽放量并没有太大变化。

3.2 实证分析

在五采区采煤工作面回风上巷和五采区尾排巷之间安装一调节设施,用来调节上巷与尾排巷的风量,见图4。

在调节设施的作用下,上巷风量与安装调节设施前风量相比,变化不大。增加尾排巷风量,上隅角瓦斯浓度明显下降。当尾排巷风量由268 m3/min增加到411 m3/min时,上隅角瓦斯体积分数降到0.50%,此时瓦斯抽放量为24.98 m3/min,变化范围很小。

尾排巷风量继续增加,由于气体是从密度大的地方向密度小的地方运动,处于采空区内部的瓦斯开始做径向流动,干扰了抽放系统,致使瓦斯抽放量下降。当风量增加到494 m3/min,上隅角瓦斯体积分数下降到0.30%,其下降速率变低,与此同时瓦斯抽放量开始下降。当尾排巷风量增加到572 m3/min时,尾排巷的瓦斯体积分数由1.70%升到2.30%,此时瓦斯抽放量由24.05 m3/min下降到14.86m3/min,下降明显。

通过试验发现,上隅角瓦斯浓度对尾排巷风量增减十分敏感。合理增加尾排巷风量,对瓦斯抽放系统抽放量影响很小,并能有效地治理上隅角瓦斯。

4 结语

1)矿井在瓦斯最优抽放负压范围内抽放瓦斯,能有效降低上隅角瓦斯浓度。

2)矿井瓦斯抽放系统抽放负压变化,可以改变瓦斯流向上隅角的径向运动,降低上隅角瓦斯浓度。

3)增加工作面的风量相当于增加了流经上隅角的风量,采空区浅部及上隅角瓦斯随风流排出,上隅角瓦斯浓度减小。

4)过多增加工作面的风量会使采空区与工作面的气压差增大,采空区及上隅角大量瓦斯随着风流排出,影响瓦斯抽放系统的抽放量。

5)一定范围内增加尾排巷风量,增加了采空区携有高瓦斯风流量,破坏了原有上隅角的瓦斯涡流运动,从而使上隅角瓦斯浓度减小。

6)尾排巷风量增加,相当于又增加了一个上隅角,携有大量瓦斯的大部分风流的方向发生改变,向上移动,使工作面上隅角瓦斯浓度降低。

参考文献

[1]毕德纯,张树江,仁玉贵.采空区及上隅角瓦斯抽放效果分析[J].煤矿安全,2007(11):13-15.

[2]石记红.高抽巷负压对采空区瓦斯涌出和自然发火的影响[J].中州煤炭,2011(11):111-113.

[3]林柏泉,张建国.矿井瓦斯抽放理论与技术[M].徐州:中国矿业大学出版社,1996.

[4]何文工,何学亮,王爱生.东河煤矿东山井瓦斯涌出规律及上隅角瓦斯治理[J].中国煤炭,2007(12):48-49.

[5]林柏泉,周世宁,张仁贵.U形通风工作面采空区上隅角瓦斯治理技术[J].煤炭学报,1997(5):63-67.

[6]李宗翔,孙广义,秦书玉.回采采空区上隅角瓦斯治理数值模拟与参数确定[J].中国地质灾害与防治学报,2001(4):10-11.

[7]胡圣鹏.采煤工作面上隅角瓦斯积聚成因与处理对策[J].煤炭科技,2006(5):63.

上隅角瓦斯浓度论文 篇2

综采工作面上隅角有害气体浓度超限

防治安全技术措施

通防科 2015年

综采工作面上隅角有害气体浓度超限防治安全技术措施

一：概况

工作面为放顶煤开采，放顶煤高度在7m以上，由于工作面推进缓慢，正处于断层带地质条件差，易形成顶部三角空间，给气体储存留下了良好的空间，随着工作面的推移顶板的垮落将气体挤出，如若上隅角管理不当，就会使得上隅角有害气体浓度超限。

二、成立综采工作面上隅角有害气体治理管理领导小组

（一）成立方案实施领导小组： 组 长： 组员：

通风队队长、通防科所有人员，综采队队长、调度室主任、监测调度员，测风员、当班专职瓦斯检查员、监测监控工，安监科长、当班安监员。

（二）各部门职责：

1.通防科：测风员和瓦斯检查员及时测定工作面的风量和气体浓度。加强通风系统的管理，保障通风设施完好、可靠，并加强日常测风工作。专职瓦检员发现超限时，必须及时向调度室汇报，同时在该综采工作面跟班检查，并严格做到瓦检员“手拉手”交接班，直至气体回复正可允许范围。系统专职瓦斯检查员负责在工作面巡回检查氧气、瓦斯、二氧化碳；负责对综采工作面挡风帘使用、浮煤清理、水幕等情况进行检查。监测监控人员要加强对综采工作面回顺的CO、CH4、O2浓度及风速的监测，发现CO、O2、CH4超限或风速变化较大时，立即通知通风队与通防科及分管领导。

2.综采队负责负责工作面挡风帘的维护和使用管理工作，确保挡风帘严密可靠。监督工作面人员，防止任何人在后三台支架内及机尾范围内进行违章作业。

3.机电队负责本队在回顺内排水人员的安全，要求员工必须携带便携式仪器，发现气体超限后立即汇报调度室并撤离。

4.矿调度室监测调度员负责每班对该工作面通风设施的完好状况、有害气体情况进行跟踪，发现问题及时通知矿相关领导、通防科、通风队及相关部门。

5.通防科派专人负责进行检查，发现问题，及时制定方案并组织解决。

6.机电科负责通风组所制定方案所需电源和设备的日常管理及检查工作，保障设备正常运行。

7.安监科负责监督工作面及两个安全出口的支护情况。有问题及时派相关单位进行处理，确保安全出口畅通、三角区顶板及时垮落。

8.安监科负责监督检查工作面人员对本措施的落实情况。9.调度室负责整体工作的协调，以及当工作面有毒有害气体超限时负责协调人员撤离。

（三）、安全技术措施

1.凡进入综采回风顺槽、机尾人员必须携带便携式CO、O2、CH4检测仪，否则不得进入。

2.机尾气体超限期间，机尾作业时必须安排双岗作业，在作业时保证两人一前一后，间隔距离不得超过5m。

3.加强员工培训，对氧气浓度、CO浓度变化对人体影响要熟练掌握，作业人员在机尾作业时感觉到身体不适后应立即撤到工作面内休息。

4.机尾作业人员严禁在联巷内逗留、休息及大小便。由综采队悬挂警示牌。下料车辆严禁停放在巷内。

5.综采队机电所需回收物件严禁放在回风顺槽巷内。6.由综采队在机尾顺槽距超前支架20m以及在倒数第四架处悬挂进入工作面上隅角须知，提醒进入工作面上隅角人员注意观察有害气体情况，严禁无关人员进入。

7.综采队每班安排专人检查维护上下出口、机尾的挡风帘，保证挡风帘完好，保证尽可能减少向采空区漏风，确保有足够的风流经过上隅角，对有害气体进行稀释、吹散。

8.综采队采煤机割完三角煤后机尾端头架必须及时拉出。9.综采队及时对运顺、回顺隅角顶板冒落不及时的地段退锚索，保证顶板及时垮落，减少采空区漏风。

10.综采队在机尾端头架立柱和副帮之间不超过立柱200mm的位置，出口的副帮上各悬挂一套便携式CO、O2和CH4报警检测仪，对有害气体进行实时监测，在回风隅角附近区域安设警示牌。

11.由于4203综采面出现气体超限的情况，因此由综采队在机尾增设一个挡风帘，向机尾及上隅角供风，对有害气体进行稀释、吹散。

12.综采队跟班队长、班长及兼职瓦斯检查员每班必须对该工作面和上隅角的O2、CO、CH4浓度至少检查两次（至少上班时和班中各检查一次），发现超限后立即汇报矿调度室监测值班人员，以便及时掌握工作面有害气体情况（电话80000/80119）。

13.综采队当班队长是本班的第一安全责任人，当接到安监员、瓦斯检查员、调度值班人员通知后必须立即采取措施，不得以任何理由和借口拒绝撤离。否则，将按严重“三违”处罚，并追究其责任。

14.监控人员在上隅角处增设氧气浓度传感器，由当班值班人员和调度值班人员观察，发现氧气浓度报警时，立即通知通风队值班人员查明原因。

15.通防科每天安排1名测风人员，对有超限情况的综采工作面各地点的风量进行测定，及时观察工作面风量的变化情况和有害气体情况，并形成书面材料汇报通风组。

16.进入上隅角有害气体超限危险的工作面的任何人员（包括队长、班长、煤机司机、支架工、机尾岗位工、兼职瓦检员和机电队进入综采回顺的抽水工、电钳工、回收管路的班长等作业人员）都必须携戴便携式氧气测定仪、一氧化碳测定仪，发现工作地点便携式氧气检查仪报警后（工作面上隅角除外），立即通知矿调度室，并立即撤退到新鲜风流中，等待命令。

17.工作人员进入端头架内或回顺作业时，必须先对上隅角和回顺的O2、CO和CH4浓度进行检测，如果O2浓度低于18%，CO浓度大于24ppm时，必须设专人监护，人员方可进入端头架内或回顺进行作业。

18.当工作面端头架以外（回风流处）或回风顺槽O2浓度低于16%，CO浓度大于24ppm时，综采队跟班队长必须及时向队值班室和矿调度汇报，并停止工作，撤出人员，进行处理。19.综采工作面端头架（回风流处）及其回风10米范围内严禁进行电气焊作业。

20.在综采工作面及回风流中进行其它有可能引发火花的作业时必须检查作业地点瓦斯浓度，当瓦斯浓度超过1％时立即停止作业。综采上隅角严禁进行放炮作业。

21.在日常管理中，当上隅角CO浓度达到50ppm时，通防科要每班取样送束管监测室分析。

22.若10日内CO浓度连续升高大于5ppm/日时，通风组应制定专门的防火方案报公司审批，实施加快推进度、均压、注浆、注氮等措施进行综合防治。

上隅角瓦斯浓度论文 篇3

瓦斯爆炸是煤矿的主要危害之一。近年来, 随着矿井开采深度增加, 煤层变厚及放顶煤开采的应用, 工作面瓦斯涌出量明显增大, 上隅角瓦斯积聚现象日益严重[1]。尤其是采用U型通风系统的采煤工作面, 在进回风巷压差作用下, 其上隅角作为采空区漏风汇, 更易产生瓦斯积聚, 威胁着采煤工作面的生产和安全[2,3,4,5]。

本文主要研究在工作面巷道上隅角处采用变压吸附设备监测与分离富集的低浓度瓦斯气体, 并利用相似模型对处理效果进行验证。

甲烷爆炸浓度区间为4.5%～15%[5], 浓度低于4.5%不能被点燃或维持燃烧, 除非环境温度超过1000℃。在煤矿中通常把瓦斯浓度为1%的值作为警戒浓度, 因此, 本模拟试验中吸附分离设备自动启动的瓦斯浓度设定为1%。一旦超过这个界限时, 吸附分离设备自动开启, 对上隅角位置处甲烷进行吸附分离, 达到将甲烷浓度控制在安全范围以内的目的。当瓦斯浓度超过4%时报警器报警, 停止试验。

2瓦斯吸附处理原理及实验设计

2.1变压吸附处理技术原理

变压吸附分离技术是吸附分离技术的一种实现方式, 即利用吸附剂对气体混合物各组元吸附强度的不同, 吸附剂颗粒内外扩散的动力学效应或吸附剂颗粒内微孔对各组元分子的位阻效应的不同等原理, 以压力的循环变化作为分离推动力, 使一种或多种组分得以浓缩或纯化的技术。

2.2试验设计

吸附分离试验采用北京科技大学气体分离工程研究所研制的瓦斯变压吸附分离设备[7,8]。该变压吸附分离设备主要由两个吸附塔组成, 两个吸附塔交替进行吸附、解吸 (解吸过程先采用产品气反吹, 然后进行抽真空解吸) , 形成有反吹的真空变压吸附循环[6,9,10,11,12]。在第一个半循环周期, 上隅角处低浓度瓦斯气体 (原料气) 进入吸附塔1, 此时吸附塔2进行吸附产生两部分气体, 高浓度气体作为产品气流出, 低浓度气体作为反吹气对处于卸压阶段的吸附塔1反吹, 然后关闭反吹阀门, 用真空泵对吸附塔1抽真空;在第二个半循环周期, 原料气进入吸附塔2, 吸附塔1进行吸附, 产生的高浓度气体流出, 低浓度气体作为反吹气对处于卸压阶段的吸附塔2反吹, 然后关闭反吹阀门, 用真空泵对吸附塔2抽真空。吸附处理流程如图1所示。含有瓦斯的混合气体 (原料气) 在风机的作用下进入分离系统, 混合气体中的甲烷被吸附塔中的吸附剂吸附分离, 净化后瓦斯浓度低的气体 (产品气) 送回上隅角内, 高浓度的甲烷 (解吸气) 送到瓦斯排放口排放。吸附的循环过程是吸 (原料气) →送回 (产品气) 、排出 (解吸气) →吸 (原料气) 。

实验中所使用的变压吸附处理设备处理量约200L/h, 处理量约占巷道回风巷实际测得平均风量 (约为1.25m3/h) 的16%。控制系统使用HOLLiAS-LEC G3系列可编程逻辑控制器, 通过上位计算机改变吸附塔的切换时间来控制电磁阀, 实现不同的实验流程。原料气、产品气和解吸气中甲烷的浓度用GJ4型矿用甲烷传感器测量。数据采集利用计算机, 每秒钟计2个数, 经过15～20个循环后记录多个甲烷浓度并取其平均值。

3相似模拟试验

3.1风速模拟试验

风速试验的目的是验证模型中风流流场与实际矿井中风流流场的相似程度, 在模型中进行模拟实验是否满足现场需要;以及观察风流流场的变化, 确定安装分离设备对工作面通风的影响。

依据相似原理和欧拉准则制作采煤工作面和采空区的模型。

理想相似要求实物与模型在对应点上对应物理量都应该有一定的比例关系, 即满足几何相似、运动相似和动力相似[13,14]。设计制作U型通风系统回采工作面的模型时选择了近似模型法中适用于自动模型区管中流动及气体绕流的欧拉模型法。

欧拉相似准则表示流体压力与惯性力之比值, 若实物与模型的欧拉数相等, 则其运动状态在压力上是动力相似的。即:

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根据文献资料, 一般经验模型雷诺数Re的第二临界值为1×104～1.5×105。通常可以取实验时的雷诺数Re为实际巷道Re的一半, 可以使实验取得满意的成果。根据公式 (2) 求得:实际巷道Re为2.5154×105。

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按照欧拉模型法设计模型, 求出线性、粘度、速度3个基本比例尺:

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由此可得, 风流流量比例尺:

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模型中风流流量:

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按所得到的比例制作模型, 如图2所示。

经风速试验反复调试, 最终采用抽出式通风方式, 并在进风巷道和采空区的不同位置通入不同浓度的甲烷气体, 使得模型从风流状态、瓦斯浓度分布等方面与现场实际状况保持一致。模型风流方向及上隅角形成涡流区域如图3所示。

在进回风巷道、工作面、上隅角按照设计方案打好测风孔, 编号 (I-VIII) , 分组。

打开鼓风机, 调整风速。分别测定安装分离器前后进、回风巷及上隅角处风速, 观察工作面巷道内风流的变化。

采用移动式测点, 依次用风速计测量风速。每个截面25个测点, 由里到外分为5个测孔, 每个测孔又由上而下分为5个测点。

3.2变压吸附分离试验

传感器探头及吸附设备吸、排气口位置如图4所示。

用鼓风机送入混合好的瓦斯气体。分别测定安装分离器前、后巷道与上隅角处瓦斯浓度;观察吸气、排气过程及吸、排气孔安放位置对上隅角瓦斯分布的影响。

运用协同理论和统计的方法, 给出一个最佳的气体混合参数。保证实验安全和吸附塔出口甲烷浓度符合要求的同时, 力求实验循环时间短, 吸附压力低, 能耗较小。

3.3试验结果与分析

由风速试验结果可知:

(1) 保证工作面循环通风是安装吸附分离设备的前提。如图5, 安装分离设备前后的工作面风速曲线走向大致相同, 说明分离设备的吸附与回吹对工作面风流不会造成明显影响。

(2) 由图6上隅角风速曲线可知, 上隅角处风速变化比较大 (最小风速1.26m/s, 最大风速16.18m/s) , 风流紊乱。从各点数据分析, 在上隅角中间偏上部分存在一个类似椭球的涡流流场, 在流场中间不同测点的度差别较大, 中心位置 (平均风速1.33m/s) 相对外围风速来说较小。如果瓦斯被带入涡流场, 将在流场中做循环圆周运动, 难以逸出。模型中测到涡流现象验证了上隅角位置瓦斯浓度偏高的结论, 也充分表明了模型中风流和实际情况的一致性。

吸附分离试验结果分析:

(1) 开启吸附设备前, 随着实验时间的延长, 上隅角甲烷浓度以大约5.9×10-4%/s的速度快速增高, 巷道出口处瓦斯浓度增加的速度稍慢, 为3.5×10-4%/s。如图7 (a) 所示。17分钟左右, 甲烷浓度增长幅度有所降低, 增长速率分别为2.5×10-4%/s和1.2×10-4%/s。约47分钟后, 两处甲烷浓度达到平稳升高状态, 上隅角处甲烷浓度开始超过1%。

(2) 图7 (b) 表示上隅角甲烷浓度的变化。开启吸附设备后, 上隅角的瓦斯浓度并不是立即就减小, 反而是先升高, 然后再持续、缓慢下降。吸附处理前后上隅角的甲烷浓度从1.1%～1.2%降低到0.7%～0.8%左右。分析整个工作流程, 应是从上隅角环状涡流流场中抽出了高浓度瓦斯混合气 (原料气) 后, 流场中气压减小, 风流从上隅角靠近采空区处快速的补充过来, 带来了采空区内高浓度的瓦斯。此时, 上隅角在一定时间内会富集高浓度的瓦斯, 导致甲烷传感器示数的升高。随着高浓度原料气的抽出和净化后产品气 (约占原料气的95%) 的送回, 富集的瓦斯逐渐稀释。吸附设备开启后对巷道出口甲烷浓度也有影响, 该处甲烷浓度比未开吸附设备时下降0.05%～0.1%。

(3) 吸附时间t是变压吸附分离低浓度瓦斯最重要的工艺参数, 直接影响瓦斯分离系统的运行效果。图8为不同吸附时间下吸附设备的工作曲线, 可以看出随着吸附周期的延长, 解吸气浓度变高, 产品气浓度变化不大。试验时改变t的取值, 多次试验结果表明当吸附时间为50s时, 可以取得较好的吸附分离效果。

(4) 吸、回吹气孔的布置也是影响分离效果的重要因素。分吸气孔固定和不固定两种情况进行了对比试验。结果证明, 从c处吸气, a处回吹产品气处理效果最好, 瓦斯浓度降幅可达0.7%。

4结论

(1) 模型参数严格按照相似准则求出, 并通过反复调试解决了甲烷混入位置及比例的难题。风速试验结果验证了模型和煤矿现场的相似性, 得到的数据有一定的参考意义。

(2) 吸附分离前后工作面风速曲线证实, 瓦斯分离装置工作时不会对工作面的循环通风产生不利影响。产品气回送到上隅角不仅加速了该位置瓦斯气体的扩散, 起到稀释作用, 还可以减缓抽吸作用对采空区风流流场的影响。

(3) 在保证吸附效果的基础上, 对吸附时间和吸、回吹气孔的布置等重要参数进行了研究。吸附时间为50s为最佳值。吸气孔的最佳位置为上隅角中央, 回吹气孔的最佳位置在上隅角进风巷中间。

回采工作面上隅角瓦斯治理探讨 篇4

1 上隅角挡风帘使用措施

回采工作面上隅角挡风帘必须按规定悬挂, 任何工作人员不得无故取下, 每一回采队必须由指定专人负责挡风帘的安设与悬挂, 值班矿长负责管理工作。挡风帘处支护改变时, 必须由瓦检员在场监测, 瓦斯不超限才能进行工作, 严禁无挡风帘超限作业。工作面人员通过挡风帘后, 必须把挡风帘挂好, 保证有足够的风量冲淡上隅角瓦斯, 挡风帘损坏严重时须及时予以更换, 挡风帘出现破口时应及时修补, 保证挡风帘完好。当上隅角瓦斯浓度接近1%时, 使用挡风帘不能将其冲淡时, 必须采取抽放措施进行处理。

2 井下临时瓦斯抽放系统

抽放泵司机必须由责任心强, 并经专门培训、考试合格者担任。抽放泵司机要严守工作岗位, 认真监视抽放泵及各种仪表的运行状况, 在正常情祝下对瓦斯浓度和抽放负压的检查每小时不少于1次;异常情况下, 要随时检查瓦斯浓度和抽放负压并做好记录。发现瓦斯浓度和抽放负压急剧变化时, 泵站司机应立即采取降低负压, 稳定瓦斯浓度的措施, 并立即向矿调度室和通风区汇报。保证抽放泵的供水, 无水严禁开泵, 停水必须停泵, 启动或停止抽放泵必须按照安全技术措施的规定进行, 当抽放的瓦斯浓度、负压和抽放泵轴承温度、真空度、流量变化大时, 首先进行检查处理, 需停泵时, 及时停止抽放泵运转。

抽放泵停止运转时, 必须立即向矿调度室和通风区汇报, 将所有影响地区的全部人员撤出、并切断电源。如抽放泵或抽放泵房内瓦斯管路泄漏, 甲烷传感器报警, 应适当调节抽放泵房的供风量 (但时间不宜过久, 以甲烷传感器不报警为止, 防止引起其它地方瓦斯超限) , 当瓦斯浓度达到1%时, 停止抽放泵运转并切断其电源。如因供气压力太高或供水量小, 导致气水分离器出水口漏气, 则调整供气压力或加大供水量。如因真空泵泄漏或其它原因, 则必须停泵检修, 发生以上情况泵站司机必须及时向矿调度室和通风区汇报。

每班由瓦斯检查员用光学瓦斯检测仪对抽放泵站回风侧风流中的瓦斯和二氧化碳浓度检查1次, 并与该处甲烷传感器的数据进行对照, 并留有记录:当两者读数大于允许误差时, 先以读数较大者为依据, 采取安全措施并必须在8小时内对两种设备调校完毕。如气水分离器不出水但抽放泵有水或抽放泵无水, 必须安全技术措施的规定停止抽放泵运行, 进行处理, 并通知通风区。

抽放泵站内必须备有消防器材:沙箱一个, 体积不小于0.5m3, 并储满消防沙;灭火器两个, 消防锹两张。消防物品严禁挪作他用:消防器材由抽放泵房负责人按照消防有关规定定期检查、更换。严格按照安全技术措施的规定启动和停止抽放泵运行。瓦斯抽放泵站必须有直通矿调度室的电话和检测管道内瓦斯浓度、流量、压力等参数的仪表。瓦斯抽放泵站进风流中必须设置甲烷传感器, 报警浓度≥0.5%CH4、断电浓度≥1.0%CH4、复电浓度<0.5%CH4���, 断电范围:瓦斯抽放泵站电源。瓦斯抽放泵站内所有机电设备必须完好, 严禁失爆。严禁带电作业, 泵运转时严禁对其进行维护。瓦斯抽放管路应牢固地固定在巷道的一侧, 必须接口严密不漏气, 布置要平直。管路的最低点须按设放水装置, 每隔50米或转弯处应设置“瓦斯管路, 注意保护”等字样的警示性标志牌。采取措施, 控制瓦斯抽放量和抽放管路出口处的风量, 以保证排放到回风道内的瓦斯经风流稀释后不超过《煤矿安全规程》的规定。

抽放的瓦斯排入回风巷时, 在抽放管路出口处必须设置栅栏、悬挂警戒牌等。栅栏的设置位置是:上风侧距管路出口5米、下风侧距管路出口30米, 两栅栏间禁止任何作业。

抽放管路出口下风侧栅栏外设置甲烷传感器, 报警浓度≥1.0%CH4;断电浓度≥1.0%CH4;复电浓度<1.0%CH4;断电范围:抽放泵及其开关。抽放管路严禁与带电物体接触。抽放管路指定专人负责进行检查, 抽放管路保证每天检查一次, 并做好记录。检查内容:备用管路、胶管、三通是否齐全、抽放管路进口位置是否合适;测压嘴堵头是否齐全 (用胶管时应栓住) ;管路是否漏气, 巷道变形对管路有何影响, 低洼处是否有积水、放水器是否有水等等, 发现问题及时处理并向通风区汇报。每天必须有专人进行放水, 放水次数以管路中无积水为原则。如水量较大, 须增加放水次数和班次。由于巷道变形造成管路出现下沉, 有可能积水的, 须将管路吊平, 否则, 必须断开管路进行放水, 然后在此处安装一个放水器。

瓦斯员每班在抽放管路出口下风侧栅栏外对巷道风流中的瓦斯和二氧化碳浓度检查一次, 并与该处甲烷传感器的数据进行对照, 并留有记录, 当两者读数大于允许误差时, 先以读数较大者为依据, 采取安全措施并必须在8小时内对两种设备调校完毕。瓦斯员每班对抽放管路出口处两个栅栏的完好情况检查一次, 发现问题及时处理、汇报。

进行抽放管路续接、更换、维修工作时必须执行以下措施:作业时, 必须停止抽放泵运转, 此工作须由两人以上共同完成, 其中必须有一人专职检查瓦斯, 作业地点附近20米范围内风流中瓦斯浓度不得超过1.0%, 作业地点抽放管路开口处0.2米以外的局部瓦斯不得超过2%。否则要停止作业, 进行处理。进行瓦斯管路续接、更换、维修时, 可分组作业, 但两个作业地点的距离必须大于20米。禁止在任何无风或微风的巷道内进行此工作。

作业时必须将10米以内的电器设备 (不包括该作业电器) 停止供电。必须保证作业地点风流中的瓦斯不得超过1.0%。必须使维修段管路充分换气, 使管内的瓦斯浓度与巷道风流中的瓦斯一致。作业完毕后必须对延伸、更换、维修管路的气密性进行检查, 合格后汇报通风区值班室启动抽放泵。在抽放管路出口下风侧栅栏外附近工作的单位班长必须携带便携式瓦斯报警仪, 巷道风流瓦斯超限报警时, 施工单位要立即通知通风区停止抽放工作, 并切断抽放泵电源。

3 结束语

上隅角瓦斯浓度论文 篇5

关键词：上隅角,瓦斯爆炸,并联巷道,爆炸超压

0 引言

煤矿回采工作面上隅角是井下局部瓦斯积聚最为严重的部位。随着采煤机械化程度的提高,综采工作面产量不断增加,上隅角瓦斯积聚问题显得更加突出,成为煤矿安全生产的重大隐患[1,2]。国内发生的瓦斯爆炸恶性事故统计表明,上隅角瓦斯积聚引起的事故占相当大的比重。上隅角一旦发生瓦斯爆炸,冲击波会沿着形成工作面的巷网中传播,过程复杂,影响因素也较多[3,4]。如,管道分叉和拐弯、障碍物、点火源的位置和能量等。在既往的研究中,很多学者利用实验等方法对此进行了大量研究,并取得了一些研究成果。

前苏联的萨文科[5,6]通过微缩管道实验近似测定了空气冲击波经过巷道转弯时的衰减系数。庞伟宾、李永池等[4,7]通过对空气冲击波在坑道内走时规律的研究,可求出冲击波在坑道T型通道以及拐弯通道内的传播速度。林柏泉、翟成等[8,9]研究了管道拐弯对瓦斯爆炸传播特性的影响,研究表明拐弯对瓦斯爆炸传播特性的影响取决于抑制因素和激励因素的综合作用。对点火能量和位置的研究表明,点火能量越高,火焰速度和爆炸压力越大,而且在闭口端点火要比开口端点火要高,火焰前锋的气流流速与粗糙壁面相互作用会产生湍流进而加剧燃烧速度,进而产生高的火焰传播速度和爆炸压力[10,11,12]。而障碍物的存在会产生更强的湍流,因此火焰传播速度和爆炸压力会更高[13,14,15]。

上述研究中主要针对拐弯管路、障碍等的研究,采面巷道首尾相连具有典型的网络结构研究较少。本文用管道系统模拟巷网结构,研究煤矿采面上隅角积聚瓦斯爆炸火焰和冲击波传播特征,为煤矿井下瓦斯爆炸灾害防治提供理论支持。

1 实验装置

实验装置由1根实验管道、1台真空泵、数据采集系统和气体配制系统组成。实验在一个并联U型管路内进行,管道由4部分组成,AB和CD段管道尺寸规格相同,长2 300 mm,中间AC与BD段管道尺寸规格相同,长1 800 mm,其中AC段管道放置等间距障碍物c,规格50 mm×50 mm×50 mm,能保证模拟火焰和冲击波在工作面传播时的紊流变化;AE段300 mm,模拟上隅角瓦斯积聚区,管道由两个自动阀a封闭端口。AB和CD管道横截面为80 mm×80 mm,AC与BD管道横截面为100 mm×100mm,点火头位置b,0.2 m J,BD段模拟工作面上隅角发生瓦斯爆炸后冲击波和火焰由上下巷传播至上下山巷道内的特征。实验管道的尺寸规格如图1所示,此外,实验时管道BD两端敞开,图1中Ti为爆炸火焰和超压测点的压力传感器。

爆炸超压ΔP是利用布置在管道上的压力传感器T1—T14测得,其中,T7、T8、T12为正压传感器,正对压力传播方向安装,其余传感器安装在侧壁。火焰传播速度主要用沿火焰到达管道侧壁个测点测得的到达时间来描述到达时间用火焰传感器测量,T1—T14测点火焰传感器与压力传感器安装在同一平行位置,传感器布置如图1所示。气袋中甲烷和空气爆炸混合体(甲烷浓度取9.5%)的采用分压法制备,AE段管道首先被抽至真空,然后打开进气阀门,利用管道内外的压差将混合气充入管道。实验中每组数据测量3次,分析时取其平均值。

2 实验结果与分析

2.1 冲击波超压的变化

图2为模拟采煤工作面AC段与回风巷AB段超压峰值曲线。可以看出,爆炸从爆源A向回风巷和工作面两个方向传播,最大峰值超压均出现在爆源A外,而不在爆源内,工作面超压远大于回风巷内超压,整体趋势随巷道距离增加而减小,说明工作面内模拟支架的障碍物对爆炸传播影响较大,实际生产中应尽量减少巷道内杂物堆放,减轻爆炸破坏。

图3为进风巷CD与回风巷AB爆炸超压变化曲线。进风巷与回风巷超压变化趋势基本相同,不同点是进风巷的爆炸超压远比回风巷的爆炸超压小,这是因为在回风巷属燃烧爆炸传播,爆炸能量不断变化;在进风巷的爆炸传播没有燃烧能量补给,仅是冲击波在空气中的一般性传播。实验时放置在管道内的燃烧物没有被烧毁,说明没有火焰通过。

图4为进风巷CD与上下山巷BD爆炸超压变化曲线。实验时观察到设置在进风巷CD与上下山巷BD内的燃烧物完好,没有火焰通过,爆炸在两条巷道内的传播是在一般空气区惰性传播。而上下山巷道内的超压远大于进风巷超压,这是由于回风巷超压与进风巷道内超压进入上下山后叠加的结果。因此,煤矿日常安全管理中应加固上下山巷道,防止爆炸对巷道的加重破坏。

图5为T4、T5、T7位置爆炸压力—时间曲线。从图5可以看出,T7位置的爆炸压力远大于T4、T5位置压力,这是由于T7压力传感器测的是爆炸全压(包含静压和动压),而T4、T5仅测到爆炸超压即静压值。同样,T8和T12压力传感器测得的也是该位置的全压。这就是瓦斯爆炸传播时对巷道内矿车之类障碍物破坏严重的又一原因。

2.2 爆炸火焰的变化

图6为布置在管壁上的火焰传感器测得的不同测点的火焰到达时间。从图6中可看出,工作面的火焰传播速度远大于回风巷火焰传播速度。在火焰经过T2测到的时间是20.21 ms,经过T7测到的时间是39.96 ms,传播平均速度459.5 m/s;火焰经过T1测到的时间是20.21 ms,经过T12测到的时间是40.07 ms,传播平均速度100.7 m/s。出现此现象,主要是由于工作面内障碍物诱导火焰波出现湍流作用,加快了火焰传播速度,工作面火焰传播速度出现突变,产生爆轰,产生激波。

3 结论

(1)采面上隅角瓦斯爆炸时,冲击波从上隅角向回风巷和工作面2个方向传播,最大峰值超压均出现在上隅角外,工作面超压受支架影响远大于回风巷内超压,出现爆轰。进回风巷内冲击波进入上下山巷道出现叠加。

(2)进风巷与回风巷对应测点的超压峰值并不相同,冲击波经过两条巷道的传播特性存在较大差异,在回风巷内属燃烧爆炸传播,进风巷内属一般空气区传播,没有能量补给。

上隅角瓦斯浓度论文 篇6

煤矿回采工作面上隅角瓦斯治理研究一直是业内的焦点研究问题。对此,本文将重点针对我国某一煤矿回采工作面上隅角瓦斯的综合治理相关技术内容进行论述,通过分析,不断提高该矿井的工作效率,保障矿井作业人员的生命安全。

1煤矿回采工作面上隅角瓦斯治理工程案例概况

本文主要通过理论与实际相结合的研究方式,针对我国某地一大型的煤矿展开研究。据了解,该煤矿的生产能力为120万t,主要地质构造十分复杂,矿井的主要开采深度可以达到600多米。因此,在采掘作业过程中主要采用分区斜井以及双立井联合开拓作业的方式进行采煤。该矿井按照自然地层的实际分布情况可以分为五大主要的地质采矿层,采煤的主要方式为走向长壁后退式,对于该矿井的采空区处理,主要采用陷落技术工艺进行针对性作业。本矿井经过相关单位的鉴定,认为其属于高瓦斯矿井。

2煤矿回采工作面上隅角瓦斯治理措施分析

在煤矿的采矿过程中,对瓦斯的综合治理一直是十分关键的环节。因此,本工程在实际的治理研究过程中,主要组织相应的技术人员攻克技术难关,通过进入作业场地进行不断深入的分析论证,在相关数据资料收集与整理的基础上,采用高位钻孔以及尾巷埋管抽放技术对瓦斯进行综合治理,使该煤矿的回采工作面中的上隅角瓦斯不断减少。因此,具体的处理措施[1]如下。

2.1瓦斯治理时对钻场进行科学的布置

结合以往的实践应用经验,在煤矿的采掘过程中会有一定的抽放规律与矿压显现规律,因此应该结合这一分布规律将钻场设置在矿井的上巷部位,并每隔大约60 m的距离在该矿井的回采工作面中的顺槽中设置1个钻场,在每个钻场中应该科学布置孔径为90 mm的8个钻孔,同时技术人员应该采用钢管聚氨脂将钻孔密封,待所有准备工作就绪后方可进行瓦斯抽放处理。2.2瓦斯综合治理时对预埋管的抽采管口进行科学设置

2.2瓦斯综合治理时对预埋管的抽采管口进行科学设置

为了保证瓦斯的实际抽采效果达到要求,技术人员应该针对预埋管口进行科学设计以及控制,当回采工作面不断推进时,应该将直径为200 mm的瓦斯抽采管路预埋于该煤矿采空区的风巷部位,结合以往的开采经验,应该将采管口的有效间距控制到30 m左右,而且每间隔大约30 m的实际距离,应该设置一个吸气口,通过三通阀门抽放该煤矿采空区的瓦斯。另外,在该采空区的上部位置应该将阀门打开,使用抽放孔将采空区的瓦斯抽放,从而降低瓦斯含量[2]。

2.3瓦斯综合治理过程中应该将该矿井的采空区两侧管道进行密封处理

在该矿井的上下尾巷道采空区域内,通过编制袋装碎岩石的方式设置两道不同的密闭装置,并在碎岩石中适当增加一些阻化剂,从而有效减少瓦斯的涌出量。设置过程中应该将密封装置置于该矿井工作面的倾斜方向7 m部位处,保证密封性良好,然后再结合实际的采掘情况,对工作面的密封袋进行科学调整。

2.4采用埋管抽放瓦斯技术原理进行科学控制

在该矿井走向长壁工作面,采用全部垮落法对矿井的顶板进行科学管理,然后使用“U”通风技术减少矿井中的瓦斯含量[3],一般而言,在该煤矿的回采工作面的上隅角位置,经常容易聚集大量的瓦斯,因此这一区域的安全隐患较高,所以通过采用上隅角瓦斯抽采关键技术对该矿井工作面上隅角特定区域的瓦斯进行综合治理,可以达到很好的综合治理效果。

3煤矿回采工作面上隅角瓦斯治理其它安全防范措施分析

除了上述综合治理关键技术之外,在该矿井的回采工作面中还应该做好相关的日常管理措施,通过安全防范,从而有效治理矿井中的瓦斯。

1)应该在该矿井的工作面中加强瓦斯的安全监控,通过技术手段在该矿井的钻场中设置一个甲烷传感器,从而使工作面的一切技术操作过程都按照我国相关的处理规程展开操作,并安装瓦斯监测自动传感报警器,一旦矿井工作面出现异常情况,立即采取科学措施进行治理。

2)应该在日常工作过程中,不断加强对该矿井现场的管理与防范,从而通过提高相关操作人员的安全意识。在放顶技术处理过程中,应该事先将所有的锚杆托盘及时拆除,从而使其处于安全运行状态,防止产生摩擦及撞击火花。

4结语

综上所述,煤矿回采工作面上隅角瓦斯治理技术非常重要。随着近年来开采深度的不断增加,瓦斯的实际含量以及涌出量也在上升。除了上述相关技术措施之外,技术人员应该针对该矿井中目前尚存的问题进行及时解决,避免细节问题出现,从而确保矿井的安全生产。

摘要：随着煤层开采深度不断增加,煤层瓦斯含量增大,同时回采工作面实现采煤机械化,产生了大量高产高效工作面,瓦斯涌出量不断增加,煤矿回采工作面上隅角瓦斯积聚和超限,对煤矿安全生产的影响越来越大,并且严重制约着矿井的安全生产。

关键词：煤矿回采工作面,上隅角,瓦斯治理

参考文献

[1]王尔望,尹晓文,钟建勇.浅谈杉林煤矿回采工作面上隅角瓦斯防治措施[J].江西煤炭科技,2011(4):104-105.

[2]李红波.煤矿回采工作面上隅角瓦斯治理技术[J].科技展望,2015(10):60.

上隅角瓦斯浓度论文 篇7

1 上隅角瓦斯产生原因

回采工作面采用U形, 一进一出, 在正常的通风条件下, 进风巷与回风巷存在风流压差, 使得上隅角的瓦斯聚集。采空区内含瓦斯的空气比正常的空气密度小, 从而使得含瓦斯的空气自然上升, 采空区内高瓦斯含量的空气必然向上隅角转移, 最终导致上隅角成为瓦斯含量超标的集中区域, 这同时也是上隅角采空区瓦斯集中出现和局部浓度偏大的主要原因。

2 防治瓦斯的方法

2.1 上隅角插管抽采瓦斯方法

不考虑工作面不利情况发生的前提下, 开采环境中的瓦斯在瓦斯作用力下, 向工作面煤壁方向涌出;同时, 由于瓦斯密度较小, 在浮力作用下还会向上漂移。这是在理想状态下的瓦斯移动方向, 但采空区漏风不可避免, 在风流的作用下, 涌出的瓦斯进入到上隅角加入到回风流中, 有小部分在上隅角的内侧形成涡流, 这是导致瓦斯超限的主导因素。

利用此方法防治瓦斯, 是在回采工作面的上隅角位置设置软管或筛管, 上隅角位置是容易形成负压的区域, 因此利用软管或筛管抽离上隅角多余瓦斯, 从而达到降低瓦斯浓度的目的, 防止高浓度瓦斯引起危险。开采工作不断推进, 工作面随之前进, 进入采空区的软管或筛管随之向外移动, 保持煤壁与筛管或软管的相对位置不变即可。这样, 进入采空区形成负压的瓦斯大部分被抽离, 留有小部分进入回风流, 减小了危害。所以, 这种方法可以有效降低上隅角瓦斯的浓度, 起到很好的防治效果。

2.2 回风巷采空区埋设管道抽采瓦斯方法

当出现不适合采用插管抽采瓦斯的方法时, 比如采空区回风巷上部顶板随采随冒, 可以使用回风巷采空区埋设管道抽取瓦斯的方法。埋设的管道类型可以是T型管, 也可以是筛管。该方法与上述方法相比唯一不同之处是在采空区预先敷设管道, 利用管路抽取采空区的瓦斯, 分为固定与移动两种;其余均与上述方法相似。

固定式埋设管线抽采瓦斯是在采空区同时埋设两条管路, 开启抽采筛管上的控制阀门, 使得负压区始终与回采工作面同时工作。为达到提高抽采瓦斯浓度的目的, 应该在筛管全部进入采空区后再打开控制阀门。筛孔的密度与直径等参数应当根据当时瓦斯的浓度与量来确定, 抽采的范围根据抽采负压的大小。采空区域深部的筛孔根据负压的消失同时失去抽采的能力, 进入负压消失区域。

采取移动式抽采瓦斯的方法, 是在采空区预先敷设水泥管, 水泥管带有筛孔, 筛孔的密度与直径等参数根据现场实际情况的需要进行设定。把瓦斯抽采管插入水泥筛管中, 随着开采工作面的前进, 瓦斯抽采管也随之往前移动。水泥管的内径略微大于瓦斯抽采管的内径, 煤壁与抽离瓦斯管的管口之间的距离根据回风流和抽采瓦斯的浓度确定。根据实际, 为了在适当情况下抽动瓦斯抽离管, 在回风巷中设置一定长度的缓冲抽采软管段, 它的使用条件与固定式基本一致, 区别是:一般情况下, 移动式不产生碰撞火花, 这样可以节省钢管。当采空区涌出瓦斯量较大时, 可以采用增加抽采瓦斯负压等方法来提高抽采瓦斯量。

2.3 高位钻孔抽采瓦斯

煤层在开采过程中遵循一定的移动规律, 随着开采的不断加深, 对煤层垂直方向的影响基本呈现三个带状分布:冒落带、裂隙带、弯曲下沉带。水平方向的影响分为三个区:煤壁支撑影响区、离层区、重新压实区。根据现场测定分析与实验模拟可以得出:瓦斯聚集区在煤层顶板垂直向上约20~35m范围之间, 回风巷向下约0~30m范围之间的裂隙间。

高位钻孔抽采瓦斯是在回风巷的位置向上部的顶板布置钻孔集中区, 在钻场中向采空区上部钻孔, 来抽离顶板裂隙处及冒落空间内超标瓦斯。通过钻孔抽采, 阻断瓦斯流向工作面的通道, 在切断的同时抽采已经涌出的瓦斯, 充分减少上隅角瓦斯含量。

一般情况下, 钻场布置是在回风巷下侧, 与煤层走向平行, 约50m布设一个;尺寸是4m、3m、3m, 提前在采空区上方钻取六个直径为91~108mm的孔洞, 抽离采空区裂隙内及顶部的超标瓦斯。根据冒落带高度确定钻孔的最终位置, 根据需要高于冒落带约5~10m的距离。采煤工作面煤壁与老钻场距离为40m时, 新开采的钻场内的钻孔需施工完毕并投入运行中, 防止没有钻孔工作的情况发生。根据煤场开采过程中的应力分布, 工作面的前方有原岩应力区、应力升高区与应力降低区。钻孔位于应力升高区与原岩应力区时, 是预抽上部瓦斯;钻孔进入应力降低区时, 是卸压抽采瓦斯;钻孔与冒落带通过裂隙与冒落带进行沟通时, 是抽采采空区瓦斯。

3 各方法应注意的问题

3.1 上隅角插管抽取瓦斯方法应注意问题

(1) 当插管进行瓦斯抽采时, 要增加漏风量, 但使得煤层的氧化时间与强度均得到加强, 易使得煤层自然发火。当在容易发生自然发火的煤层中使用抽采瓦斯时, 需要特别注意防治煤层自燃现象的发生;在发火时期较长的煤层中使用这种方法时, 也应当加强对一氧化碳等气体的检测与监督工作, 给插管留有足够的空间, 如果条件不满足时, 则需要采取其他防治瓦斯超标的方法。

(2) 由于抽采负压和插管深度的限制, 此方法抽采瓦斯的数量有限。当上隅角集聚瓦斯量较大时, 单独使用该方法不能达到预期的效果。所以, 这种方法只有在上隅角瓦斯集聚量不大的情况下使用。一旦采空区瓦斯量大, 必须采取其他相应措施, 才能达到预期的防治目的。

3.2 回风巷采空区埋设管道抽采瓦斯方法

(1) 采用此方法抽离瓦斯, 会增加采空区漏风量。所以, 利用该方法时必须做好防治自然发火工作。

(2) 采用该方法时, 采空区回风巷上方顶板可以随采随冒, 但是必须保证落下的锚杆、矸石等不会产生火花, 否则, 就不能使用此方法抽采瓦斯。

(3) 在准备抽采打开筛管的过程中, 会使得负压区急剧向前移动, 上隅角风流出现紊乱现场, 应做好瓦斯浓度防治等工作。

(4) 由于抽采负压与作业面等因素的控制, 利用这种方法进行瓦斯抽离时, 瓦斯抽采能力有限。所以, 这种方法适用于瓦斯量不大的工作面。

3.3 高位钻孔抽采瓦斯

与上述两种方法类似, 采用高位钻孔法抽采采空区的瓦斯, 同样会增加采空区漏风量。所以, 使用这种方法时, 也必须要做好防治自然发火的相关工作。这种方法进行抽采时, 利用采动形成的冒落带与裂隙带工作, 因为大倾角煤层, 尤其是倾角接近90°的煤层, 顶板移动过程中, 垂直方向的分力变小, 顶板不能随工作面的推进而随采随冒, 裂隙带与冒落带与回采工作面相比, 严重滞后于, 使得冒落带与抽采瓦斯钻孔很难协调一致, 导致抽采效果不佳或者瓦斯根本抽采不出来, 产生不了应该的经济效果。所以, 该方法不宜用于大倾角煤层的瓦斯抽采过程中。

4 结语

防治回采工作面上隅角瓦斯超标的方法多种多样, 文章介绍了三种较常使用、操作性较强的方法, 并详细分析了使用过程中应该注意的问题。为矿场的工程技术人员与管理人员在选取防治方法的过程中, 根据矿井的实际情况, 选择最适宜的方法。从而确保企业安全生产, 保证煤炭资源被可持续的开发与利用。

参考文献

[1]张为.防治回采工作面上隅角瓦斯超限应注意的问题[J].煤矿安全, 2014 (1) :222-224.

[2]于不凡, 王佑安.煤矿瓦斯灾害防治及利用技术手册[M].北京:煤炭工业出版社, 2000.

上隅角瓦斯浓度论文 篇8

A矿为低瓦斯矿井, 瓦斯相对涌出量5.1 m3/t, 通风方式为中央分列式通风, 煤层为易自燃煤层。3301回采面选用长壁机械化开采方式, 垮落法管理顶板, 回采面倾向长140 m, 走向长1 500 m, 主采煤层为3#煤, 煤层厚度1.5 m~2.6 m, 倾角5°。回采作业时, 自开切眼推进50 m出现上隅角瓦斯积聚现象, 故对此开展针对性治理。

1 瓦斯分布规律与超限原因分析

1.1 瓦斯浓度分布规律

沿回采面倾向, 瓦斯浓度自进风巷到回风巷呈现逐渐升高趋势, 其中回采面上部瓦斯浓度增加梯度高于中下部;在回采面煤壁垂直方向, 自煤壁至采空区, 瓦斯分布呈现“高到低—低到高”的变化, 且会随着生产工艺的变化发生一定改变。此外, 上隅角瓦斯积聚量明显高于其它位置, 其中上隅角煤壁处瓦斯浓度最大[1,2]。

1.2 瓦斯超限原因

a) 回采风流运动影响。回采面上隅角临近煤壁与采空区, 风流运移速度较慢且局部存在涡流, 使得采空区瓦斯涌出后难以有效进入主风流中。同时涌出瓦斯受涡流影响在上隅角处循环运动发生积聚, 进而引起上隅角瓦斯浓度的超限;b) 回采面支架滞后。回采面支柱回撤速度较慢, 导致上隅角靠近切顶的位置出现局部微风区, 瓦斯自采空区涌出时在此发生聚集, 导致上隅角瓦斯浓度超限[3];c) 上隅角存在压差。井下通风系统中, 某一断面的全压差对通过风流的速度及方向有决定性影响。回采面上隅角处两端面静压与位压均完全一致, 但风流速度不一, 这使得回采面风流通过此处时会发生转弯, 从而导致风流速度减缓, 一旦两端面风流速度差过小, 甚至出现无速度差, 则瓦斯将发生积聚, 且难以通过风流排出[4]。

2 均压通风应用分析

3301回采面上隅角瓦斯主要来源为采空区瓦斯涌出, 这是由于采空区漏风通道在压差影响下所致, 因此立足现场实际, 设计通过“局部风机+调节风窗”的均压通风技术对上隅角瓦斯积聚现象进行治理。为增大回采面风压, 于回采面进风巷中布设调压风机, 通过风门对风机进风口和排风口进行控制;同时在回风巷中布设调节风窗, 则二者间的区域便是均压系统升压区。当风机运行时, 通过对调节风窗过风面积的调控, 便可调控升压区内风压, 风窗过风口面积同区域内风压大小存在反比关系。借由这种技术, 可改变回采面通风压力分布, 减小采空区漏风通断两端压差, 进而降低瓦斯涌出, 实现对瓦斯积聚现象的有效控制[5]。

2.1 均压系统构建

立足现场实际, 构建“局部风机+调节风窗”均压通风系统, 其布设后压力坡线示意图如图1所示, 通过对回采面风压的提升, 减小采空区漏风通道两端风压, 从而降低瓦斯涌出量, 避免其在上隅角的聚集。

2.1.1 设备选型与参数设计

回次采面通风量:根据回采面风速及工作气温对其通风需求量进行计算, 其计算公式如下式所示:

式 (1) 中, V为回采面风速, m/s;S为回采面断面面积, m2;K为回采面长度调整系数, 取值1;Q为回采面作业总需风量, 计算可得3301回采面作业总需风量为590m3/min。

调节风窗面积:井下通风选用负压式通风法, 回采面同地面存在500 Pa~1 500 Pa的压差, 因此为有效抑制采空区漏风量及瓦斯涌出量, 通过回风巷风门调节后, 其前后压差也应介于500 Pa~1 500 Pa间, 设所需风窗最大面积为S, 则:

式 (2) 中, Q为回采面通风量, m3/s;S回为回风巷断面尺寸, m2;hw为回风巷风门阻力, Pa。

结合作业现场实际, 通过公式计算可知所需风窗最大面积S为0.56 m2, 因此调节风窗设计面积为0 m2~0.56 m2。

局部通风机:回采面通风需求量为590 m3/min, 系统漏风总量为310 m3/min, 所以局部风机供风量不得小于900 m3/min, 风压应控制在500 Pa~1 500 Pa之间。鉴于此, 所用局部通风机选用型号为FBDN0.8.0/2×45k W的对旋式局部通风机[6]。

2.1.2 均压系统布设

在回采面进风巷内布设密闭墙两道, 间隔5 m, 密闭墙上布设行人风门, 并于其外侧安装局部通风机, 风机出口由通风管道连接至密闭墙内侧, 从而对回采面进行正压通风, 其布设结构示意图如下图2所示。

在回风巷末端构建密闭墙两道, 间隔5 m, 密闭墙上布设行人风门与调节风窗, 通过对风窗面积的调控实现对回采面风压的控制, 密闭墙外侧布设“U”型水柱计一个, 对密闭墙内外压差变化进行实时监测, 其结构示意图如下图3所示。

为确保回采面风压调控效果, 风机布设完毕后必须对其通风量及两端压差进行实际测量, 并结合巷道风阻, 求得回采面回风巷压力坡度线, 明确风路各点增压值。若果增压值不足, 则需更大风量的局部通风机;若增压值偏大, 则可通过减小通风面积进行调控。

2.2 均压系统应用效果分析

下图4所示为回采面采用均压系统前后压力分布示意图, 采用均压系统后, 回采面风压提升450 Pa~500 Pa。

实际使用中, 上隅角出现瓦斯超限现象后, 通过开启局部均压系统, 调节风窗面积至0.22 m2, 回采面风量增加至600 m3/min。此时, 回采面上隅角CH4浓度降低至0.25% (均压前0.9%) , CO2浓度降低至0.6% (均压前2.1%) , 回风巷风门水柱计显示器压差为750 Pa, 这些数据均充分表明, 采用均压通风系统后, 回采面风压得到限制提升, 采空区漏风通道压差获得降低, 瓦斯涌出量显著缩减, 上隅角瓦斯积聚现象得到有效控制。

3 结语

瓦斯积聚现象作为威胁煤矿井下生产作业的主要灾害之一, 长期以来一直是矿井生产安全管理的重中之重。矿井技术人员针对矿井井下瓦斯涌出特点, 采取针对性的防治措施, 实现对瓦斯灾害威胁的有效消除, 不仅有利于保障井下生产的持续、安全开展, 同时也有助于矿井经济效益与社会效益的双赢。

参考文献

[1]李煜炜, 李晓兵.均压通风技术在防治瓦斯中的应用[J].煤炭技术, 2004 (9) :59-60.

[2]朱巍.采取均压通风进行瓦斯防治[J].煤矿现代化, 2007 (2) :29.

[3]孙福龙.均压通风技术在高瓦斯易自燃煤层开采中的应用[J].能源技术与管理, 2014 (3) :49-51.

[4]张会平, 赵耀江.均压通风治理综采工作面上隅角及回风流中的CO[J].山西煤炭, 2011 (6) :53-54.

[5]孟清华, 李斌, 刘虎生.均压通风技术在补连塔矿22306工作面的应用[J].煤炭技术, 2014 (10) :66-68.