上隅角瓦斯论文

上隅角瓦斯论文（精选8篇）

上隅角瓦斯论文 篇1

1 引言

一号煤矿开采黄陇侏罗纪煤田, 现开采的是2号煤层, 平均可采厚度2.59m, 是唯一有工业价值的可采煤层。根据地质勘探资料和2007年以前矿井瓦斯等级鉴定结果, 一号煤矿为低瓦斯矿井, 但随着矿井开采深度的增加和开采强度的增大, 煤层瓦斯含量、瓦斯压力逐渐增大, 矿井瓦斯涌出量明显加大, 2008年以后鉴定为高瓦斯矿井, 2010年矿井瓦斯涌出量已达到89.17 m3/min, 而且, 煤层瓦斯分布表现出不均衡性, 在矿井生产过程中, 局部区域瓦斯涌出异常, 特别是上隅角瓦斯较大, 瓦斯隐患已严重威胁矿井的安全生产。

2 上隅角瓦斯积聚原因

2.1 工作面上隅角为采空区风流的汇合处

一号煤矿采煤工作面采用“U”型通风方式, 在这种通风方式下, 进入工作面的风流分为两部分, 一部分沿工作面流动;另一部分进入采空区, 在采空区内部沿一定的流线方向流动, 在工作面的后半部分, 进入采空区的风流逐渐返回工作面, 有关研究表明, 采煤工作面上隅角靠近煤壁和采空区侧, 风流速度很低,

1、进风巷2、采空区3、上隅角4、回风巷

局部处于涡流状态 (如图1所示) 。这种涡流使采空区涌出的瓦斯难以进入到主风流中, 从而使上隅角附近循环运动而积聚在涡流区中, 形成了上隅角瓦斯积聚, 若工作面上隅角出现滞后回柱, 除上隅角存在涡流区外, 在靠近切顶排处出现微风区, 采空区漏出的瓦斯在此积聚, 更容易形成上隅角瓦斯超限。

2.2 本煤层和临近煤层瓦斯的释放

一号煤矿所处井田含煤地层为侏罗系中统延安组, 厚度50.64～150.81m, 平均92.29m, 共含煤4层 (组) , 自上而下依次编号为0号煤层、1号煤层、2号煤层和3号煤层 (组) 一号煤矿所采煤层为2号煤层, 1号煤层位于2号煤层上20米左右, 3号煤层位于2号煤层下3米左右。瓦斯来源有以下几方面:一是采煤过程中, 工作面瓦斯涌出增加;二是随着支架前移采空区顶板垮落, 顶板裂隙发育沟通了上部1号煤层, 1号煤层瓦斯释放到采空区;三是采动及掘进过程中受应力作用底板裂隙发育沟通了3号煤层, 3号煤层瓦斯释放至工作面。这些多方面汇集的瓦斯由“U”型通风的回流风带到工作面及回风巷内, 并且由于“U”型通风的缺点, 瓦斯易在上隅角位置积聚。

3 治理工作面上隅角瓦斯积聚措施

3.1 本煤层预抽方法

为了降低本煤层瓦斯赋存量, 在掘进工作面进风顺槽施工边掘边抽钻孔的同时施工本煤层预抽钻孔 (图2所示) , 在进风顺槽靠主帮侧单向布置瓦斯抽放钻场, 钻场间距60m, 施工4-6个瓦斯抽放钻孔, 钻孔呈扇形布置, 钻孔垂深220m, 待工作面回采时, 可以达到最少6个月的预抽时间, 煤体内瓦斯赋存量大大降低。

3.2 临近顺槽高位裂隙抽放

为有效治理回采过程中采空区来源于上、下临近煤层和围岩的瓦斯, 综采工作面采用临近顺槽高位裂隙瓦斯抽放方法治理采空区瓦斯。根据综采工作面具体地质情况及工作面采空区冒落带的高度为平均采高的3～5倍, 计算出裂隙带的平均高度。从而确定钻孔终孔的位置距2# 煤顶板高度的范围, 布置平面扇形瓦斯抽放钻, 每组布置7～9个孔深80～110m的抽放钻孔, 为保证抽放效果, 两组钻场间距确定为60m, 两组钻场的钻孔压茬布置, 施工过程中, 根据煤层地质情况确定钻孔的具体参数。

3.3 上隅角埋管抽放

在高位裂隙钻孔抽放同时采用上隅角埋管抽放方法辅助抽放, 防止上隅角瓦斯超限。

上隅角用石英棉或黄土编织袋垒挡风墙进行封堵, 采用钢圈风筒穿过封堵墙伸进上隅角, 连接在回风顺槽的抽放管路上, 通过上隅角埋管抽放, 在工作面上隅角形成一个负压区, 使该区域的瓦斯用抽放管路抽走, 避免因回风流不畅而造成的上隅角瓦斯超限事故的发生。

4 结语

采煤工作面上隅角积聚瓦斯的治理, 要根据工作面巷道布置、瓦斯涌出、上隅角附近支护状况等情况, 因地制宜地选择一种合适的方法或者几种方法联合起来综合治理, 同时要加强监测监控。

摘要：一号煤矿随着煤层开采深度不断增加, 煤层的瓦斯含量增大, 工作面使用机械化采煤, 在提高煤炭产量的同时, 瓦斯涌出量不断增加, 上隅角瓦斯也随之增大, 本文详细分析了采煤工作面上隅角瓦斯积聚的原因, 并有针对性地提出了防治工作面上隅角瓦斯积聚的具体措施, 对防治工作面上隅角瓦斯积聚超限工作有一定的参考价值。

关键词：上隅角,涌出量,瓦斯积聚

参考文献

[1]薛进宏.上隅角瓦斯治理研究[J].矿山天地, 2010, 6.

[2]黄晓波, 关志强.治理回采工作面上隅角瓦斯积聚[J].煤炭技术, 2007, 4.

上隅角瓦斯论文 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。

上隅角瓦斯论文 篇3

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.

上隅角瓦斯论文 篇4

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。

采煤工作面上隅角瓦斯综合治理 篇5

关键词：采煤工作面,上隅角,瓦斯抽放

1 概述

张新煤矿井田位于鸡西煤盆地南部条带中部的主背斜的南翼, 共有30个煤层, 11个可采煤层.立井是多水平开拓, 一水平是一对立井和分区斜井联合开拓, 二水平为暗斜井延深。井田内按断层自然划分为七个采区, 设计生产能力及核定能力为60万吨/年, 巷道掘进均采用钻爆法, 采煤工作面都是走向长壁后退式, 工作面使用单体液压支柱支护, 采空区处理为全部陷落法。自移交生产以后, 从1967年开始有瓦斯煤尘鉴定成果表, 从历年瓦斯鉴定情况可以看出, 自1972年鉴定为高瓦斯矿井后, 以后一直是高瓦斯矿井, 相对瓦斯涌出量和绝对瓦斯涌出量的总趋势是上升的, 说明随着开采深度的增加, 瓦斯涌出量是逐渐增加的。张辰煤矿瓦斯治理工作从2005年采用了仰角抽放技术, 顶板仰角钻孔抽放瓦斯技术治理瓦斯, 取得一定的经济效益, 但由于受仰角钻孔利用率低塌孔影响, 瓦斯治理问题没有从根本上解决。特别是西三采区3#, 垂深达800米, 上下巷矿压显现特别明显, 顶底板及两帮的移近量大, 巷道变形严重, 造成钻孔塌孔、移位、及错位而报废, 影响抽放效果。西三采3#右四巷采面倾斜180米, 采高2.2米, 倾角13°, 绝对瓦斯涌出量为27.31m3/min。上行U型通风。工作面风量为1000m3/min。

抽放方式选择:

根据以往的抽放及矿压显现规律, 确定应用倾角钻场及高位钻场进行抽放。仰角钻场在切眼外每50米设置, 间隔50米设一高位钻场。交替进行抽放。利用顶板走向钻孔抽放瓦斯, 实际上就是通过抽放泵产生的负压来改变采空区的瓦斯流向, 使采空区的瓦斯由单一向上隅角一带涌出变为由上隅角及通过冒落带, 裂隙带由钻孔抽出, 再排放到排风巷中。从而减少上隅角及采空区的瓦斯涌出, 达到降低上隅角及回风流中的瓦斯浓度的目的。顶板钻孔抽放的钻场布置在上巷, 钻场间距为100米, 仰角钻场规格为长×宽×高=4.5×3×2 (米) , 每个钻场布置8个钻孔, 孔径为Ф60mm, 孔深50米, 呈水平仰角扇形布置, 仰角在12~16°之间。钻孔终端距煤层顶板15米左右, 钻孔终端距上巷水平距离控制在20米以内, 将钻孔口用钢管聚铵脂封好, 安上抽排管路即可开始抽放。高位钻场设计在顶板以上16米处。规格为5米×5米×2.6米, 孔径为Ф60mm, 孔深100米, 呈水平扇形布置钻孔终端距煤层顶板15米之上。钻孔水平距上巷10米。示意图如下:

抽放系统选用两台固定式地面集中抽放, 抽放主管路为Ф400mm, 采区管路为Ф200mm负压进行抽排。

2 抽放效果分析

2.1 瓦斯抽放效果显著, 抽放流量为m3/min, 平均抽放瓦斯每天为m3/min, 转角瓦斯控制在0.8%以下, 回风流的瓦斯浓度控制在0.5%。实现高位、仰角及风排瓦斯的综合治理。

2.2 作面进风的废弃巷道该闭的闭、该堵的堵, 并做到密闭必须封严, 保证质量。并把原设计风量1000m3/min提升到1200m3/min。

(1) 实行监测监控。

为确保安全生产, 有效地控制瓦斯, 在工作面、回风上巷、排瓦斯尾巷、抽排瓦斯泵设置安全监测断电装置, 上隅角增设便携式瓦斯检测报警仪;同时每班工作面配备专职瓦检员, 对工作面上隅角及回风巷进行定期定点检查, 并对监测装置及时校核, 每班有专人进行维护, 保证监测数据准确。

(2) 加强上出口风幛的管理。

为了保证挂风幛的质量, 作业规程对风幛要求专门作了明确规定, 由瓦检员监督检查, 当班队长负责风幛的挂设和维护, 在机尾作业时, 将风幛保护好, 并在工作面备用一条风幛。

(3) 杜绝上隅角处有铁器磨擦。

为防止上隅角产生火花, 在上巷超前支护地段提前拆卸锚索、锚杆托盘;同时每班对超前支护20米至上隅角处进行洗尘, 每天对回风上巷洗尘一次, 保持处于潮湿状态。

(4) 加强回风上巷的机电设备防爆检查。

每班由专职电钳工对采面回风巷中的机电设备进行防爆检查, 并落实责任, 保证回风流中的机电设备达到防爆要求。

(5) 效果情况。

顶板打8个钻孔, 用单台泵抽放时, 每个钻孔瓦斯浓度一般在10%~60%之间, 抽排管抽出的瓦斯绝对量大于9m3/min, 且与工作面生产互不影响, 不出现回风超限问题, 有效地解决了采煤工作面上隅角瓦斯积聚问题, 保证了回采工作面的安全生产。

(6) 存在问题。

首先在采煤工作面过钻场时, 要加强顶板管理和钻场管理, 同时对打钻的技术性要求较高, 即必须将钻孔打在裂隙带中, 而且要准确判断钻孔的有效和无效长度, 这样才能在设计上保证钻孔的连续有效抽放, 还必须在裂隙带形成之前, 打完所需要的全部钻孔, 否则对钻杆回撤不利。

(7) 加强监督与管理。

治理瓦斯是天字号工程, 任何人、任何时候都不能掉以轻心, 认真落实“三全”抓安全的理念, 特别是加强瓦检员和抽排泵司机的管理, 加强监督与检查力度, 做到严看严守, 丝毫不能出现纰漏;对钻场施工人员要加强培训与监督, 保证钻场的施工质量。

(8) 结论。

利用采煤工作面在推进过程中, 工作面前、后、上方一定范围内的顶板形成许多纵、横向裂隙, 为煤体内的卸压瓦斯和工作面内、采空区的游动瓦斯, 提供了升浮和储存空间。然后用抽排泵, 通过负压抽排, 将这部分瓦斯源源不断的连续抽出, 排放到主排风道中, 使之不在上隅角积聚, 工作面回风流中瓦斯也不超限, 使采煤工作面可以连续正常生产, 比其它治理瓦斯的方法更有效、更安全。

(9) 治理效果。

上隅角瓦斯论文 篇6

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.

上隅角瓦斯论文 篇7

1 概况

红梁井田地质构造简单, 只有汝箕沟向斜贯穿该井田, 未发现褶曲和断裂构造。井田含煤地层为下侏罗系汝箕沟组, 其中矿井瓦斯赋存主要表现为东翼高, 北翼低。其中东翼A煤层总厚度为20.34m, 瓦斯赋存量约1.2亿m3以上, 为高瓦斯、低二氧化碳矿井。A煤层分九个分层开采, A-1采煤工作面于2007年3月接续开采, 该工作面采高2m, 采用走向长壁倾斜分层金属网假顶全部垮落式炮采采煤法, 工作面采用U型通风方式, 两进一回。开采过程中, 随着采空区面积不断增大, 采空区暴露的其他八个分层瓦斯涌出量不断增加。经测定, 工作面风排瓦斯量达10m3/min, 采空区瓦斯涌出量达7m3/min。虽已采取增加风量、本煤层瓦斯钻孔抽放和采用引风帘排放上隅角瓦斯, 但该区域采煤工作面上隅角瓦斯经常处于临界状态, 不但造成经常停工而且给安全生产带来了严重危害。

2 采煤工作面瓦斯来源分析

瓦斯在煤层中以游离或吸附状态存在, 随着煤层的开采, 对煤层的层理结构造成破坏而释放和分散在开采空间, 形成瓦斯涌出现象。煤层被采出后, 煤层上覆的顶板塌落, 形成冒落带和岩层的断裂带裂隙带, 由于卸压作用, 周围瓦斯由高压带向低压区域空间进行扩散, 释放到采空区或开采空间, 形成临近瓦斯。根据红梁矿井的地质条件, 分析A采煤工作面风流中瓦斯来源由3部分组成:1) 采煤工作面新暴露煤壁的瓦斯涌出;2) 工作面割煤时煤体释放的瓦斯;3) 采空区瓦斯, 其瓦斯来源有两方面, 一是采空区残留煤体, 二是来自受采动影响的临近煤层和围岩。利用壁罩法实测回采过程中工作面瓦斯涌出量占总瓦斯涌出量的比例分别为:10%～20%、20%～30%、50%～65%。

3 采煤工作面上隅角瓦斯超限的原因分析

3.1 采煤工作面的通风方式

红梁矿井采用“U型”通风方式, 此种通风结构, 对了解煤层赋存情况, 掌握矿井瓦斯, 火灾的发生与发展规律, 较为有利。由于巷道维护在煤体中, 因而巷道上的漏风率较少, 但容易使上隅角出现瓦斯积聚现象。在U型通风条件下的采空区风流流动规律, 如图1所示, 风流从工作面运输巷向工作面切眼流动, 其中较少一部分向采空区流动, 大部分沿工作面流动, 从工作面向采空区深部剖面看, 采空区瓦斯同时受风流和扩散的双重作用, 在上隅角处工作面风流突然改向, 流速改变, 采空区的漏风呈现抛物线状, 深部瓦斯由此带出采空区。因此, 在工作面上隅角交汇处, 上隅角瓦斯浓度较高。综采面上隅角顶板不能及时完全冒落, 往往存在1～3m的空顶, 加剧了流入采空区的风量。上隅角空顶距越大, 采空区流入的风量越大, 积聚的瓦斯量就越多, 上隅角积聚瓦斯超限的可能性越大。

3.2 工作面上隅角的风流状态

采煤工作面上隅角靠近煤壁和采空区, 风流经过工作面顶端时, 由于巷道突然垂直转弯, 靠近煤壁的风速降低, 工作面上隅角局部地区出现涡流现象。靠近采空区边界, 涡流的时均速度和脉动速度都等于零;相反, 涡流区内时均速度和脉动速度都相对较大, 但由于风流的涡流运动形式, 含瓦斯风流处于涡流之中, 难以进人主风流, 从而使上隅角瓦斯容易发生积聚, 如图2所示。若工作面上隅角出现滞后回柱, 除上隅角存在的涡流区外, 在靠近切顶排出会出现微风区, 采空区漏出的瓦斯在此处积聚, 更容易形成上隅角的瓦斯浓度超限。由于瓦斯比空气轻, 所以从顶板到底板过渡瓦斯浓度呈现递减趋势, 顶板处瓦斯浓度最高。

3.3 工作面上隅角处存在的压差

相对于空气而言, 采空区内瓦斯气体比空气的密度小, 当具有高差时产生“瓦斯风压”的自然上升力, 必然使采空区内含高浓度瓦斯的空气向上隅角运移, 使上隅角成为采空区高浓度瓦斯集中涌出的地点, 这也是上隅角成为工作面采空区瓦斯集中涌出和局部积聚超限的重要原因之一[4]。目前, A工作面处于俯斜开采阶段, 采空区较工作面略高, 而瓦斯比空气密度小, 扩散作用使得瓦斯由地势低的地方向地势高的地方运移。回采过程、围岩和采空区两侧煤体受采动影响释放的瓦斯释放到采空区, 使得采空区瓦斯不断积聚, 形成越向采空区深部瓦斯积聚浓度越大的情况。

4 上隅角瓦斯治理技术

4.1 设置临时风障

风障导风稀释上隅角瓦斯是最早使用的一种简便方法。当采面隅角出现瓦斯超限时, 在靠近上隅角处设置风障, 增加上隅角风量, 改变上隅角涡流状态, 稀释上隅角瓦斯浓度, 这样可以改变上隅角风流路线, 从而使得进入上隅角新鲜风流改变涡流状态, 达到了冲淡、稀释瓦斯, 防止发生瓦斯在上隅角超限的目的[1]。根据现场观测发现, 采用挡风帘后, 上隅角的CH4浓度很快降低。但是由于风障的存在, 给回采带来诸多不便, 如上隅角附近打柱、翻柱、出口行人、运料等等受到一定影响。一旦风障的风筒布被破坏, 上隅角瓦斯很快升高, 导致上隅角瓦斯超限, 这样一高一低现象, 极其不稳定, 给安全生产带来了很大隐患。因此, 这种方法不是太理想的方案, 不适应高产高效工作面, 常常作为临时应急措施。

4.2 增大回采工作面风量[3]

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对流和主风流的扩散作用, 增大采面风量, 使上隅角积聚区风流与工作面主风流的对流作用加大, 随着风量的提高, 负压增大, 采空区的风流速度加大, 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, 从而使携带出的瓦斯量增大。

4.3 安设局部通风机

当采煤工作面隅角出现瓦斯超限时, 在工作面内, 距采煤工作面上隅角10～15m的位置, 安设一台专用抽出式局部风机, 风筒入口位于采面隅角[5]。在采煤工作面上隅角位置处形成正压区, 通过局部引入新鲜风流, 上隅角的高浓度瓦斯可尽快地进入风筒内部, 经风机排入回风巷, 从而达到及时稀释采煤工作面上隅角瓦斯浓度的目的, 同时通风机随着工作面的前移而移动。

4.4 安设风、水引射器

目前, 此项技术需借助风、水作为动力源, 且风水动力源必须可靠, 一旦风水停止, 上隅角会很快造成瓦斯积聚, 此项技术尚无借鉴之处, 有关技术参数及技术成熟程度难以考证。

4.5 利用尾巷排放瓦斯

在回风巷的采空区设置一段专为排放采空区瓦斯的尾巷, 把工作面风流分成两部分, 一部分冲洗工作面冲淡开采层的瓦斯, 另一部分漏入采空区, 冲淡上隅角附近采空区的瓦斯, 改变采空区瓦斯流向, 使上隅角的瓦斯积聚点移到工作面20m以外。此种方法, 靠风排作为动力来改变瓦斯流动路线, 减少了上隅角瓦斯涌出, 解决了上隅角瓦斯超限的问题。

4.6 改变通风方式

我国煤矿的通风方式大部分采用上行风, 由于采煤工作面涌出的瓦斯比空气轻, 其自然流动的方向和上行风的方向一致, 在正常风速 (大于0.5～0.8m/s) 下, 瓦斯可能出现分层状流动和局部的瓦斯积存, 容易造成瓦斯上隅角积聚, 下行风的方向与瓦斯自然流动方向相反, 二者易于混合且不易出现瓦斯层状流动和局部积存的现象, 能防止上隅角瓦斯积聚, 但《煤矿安全规程》第一百一十五条规定, 有煤 (岩) 与瓦斯 (二氧化碳) 突出危险的采煤工作面不得采用下行通风。所以在运用下行通风时, 必须慎重。根据红梁井实际, 采区巷道确定下来, 采用下行通风很难实现。

4.7 顶板抽放法

顶板抽放就是顶板裂隙带抽放, 又称高位钻孔瓦斯抽放, 利用工作面回采动压力形成的顶板裂隙作为通道, 来抽放工作面煤壁卸压瓦斯、上隅角部位顶部积存瓦斯和邻近层卸压瓦斯等[1,2,5]。它不仅可以拉动采空区内的瓦斯运移方向的改变, 还可减少向回风流的涌出量, 切断采空区瓦斯涌向工作面上隅角的通道, 从而降低工作面上隅角的瓦斯浓度。顶板抽放采空区瓦斯对治理上隅角瓦斯积聚超限起到治本作用。

一些高位钻孔实现了超前抽放, 即工作面距离钻孔孔底还有一定距离时, 便能抽出高浓度瓦斯, 说明煤壁支撑影响区内煤层顶板已有裂隙作为瓦斯通道。这部分瓦斯显然是煤壁中原始煤体释放的, 随着采动影响工作面煤壁卸压形成瓦斯解吸, 解吸的瓦斯又通过煤壁裂隙流入抽放钻孔, 这是高位钻孔能抽到高浓度瓦斯的原因。

5 方案实施

由于采空区瓦斯大量涌出导致上隅角瓦斯超限, 对A采煤工作面已采取增加风量、本煤层瓦斯钻孔抽放和采用引风帘解决上隅角瓦斯, 但是, 上隅角瓦斯仍达到1%。由于采用本煤层瓦斯钻孔抽放无法在短时间内解决采空区瓦斯涌出量大的问题;如果采用采空区抽放、高位巷抽放、高位钻孔抽放或抽放巷抽放, 准备阶段工程量大, 时间长, 同样无法在短时间内发挥有效作用。因此, 决定在采用增加风量和本煤层钻孔抽放的同时, 利用抽排风机对采空区瓦斯进行抽排, 如图3所示。

1) 采空区瓦斯抽排:从A采煤轨道巷每隔一定距离 (80～100m) 向A-1采煤风巷施工一条联络巷, 待工作面采过联络巷15m后, 在联络巷口施工一道永久挡风墙, 挡风墙中部装设直径760mm刚性风筒, 外接直径800mm伸缩风筒至18.5kW抽排风机, 抽排风机安设在A采煤北轨道巷, 抽排风机出风侧接800mm直径软风筒, 开启抽排风机, 将采空区瓦斯直接排入风井。

2) 上隅角瓦斯抽排:在回风巷安设抽排风机 (距上隅角50m以上) , 风机负压侧接硬质风筒或伸缩风筒至上隅角 (切顶排以里) , 上隅角采用风筒布做成风障, 将上隅角采空区瓦斯封闭起来, 防止瓦斯漏入工作面, 同时可提高抽出效果。正压侧接软质风筒至风井, 开启抽排风机。

将上隅角瓦斯直接排入风井, 为控制风筒内的瓦斯浓度在2.5%以下, 在抽排风机负压侧, 安装抽排瓦斯浓度调节装置, 通过开关面积的大小, 从而改变掺入“新风”的风量, 使排放瓦斯风筒内瓦斯浓度不超限。

6 认识

1) 通过对A采煤工作面采取增加风量、本煤层瓦斯钻孔抽放、采用引风帘解决上隅角瓦斯、采空区瓦斯抽排和上隅角瓦斯抽排综合治理技术, 该工作面风排瓦斯量降低到4m3/min, 上隅角瓦斯没有出现瓦斯超限现象, 保证了A-1采煤工作面的顺利安全开采。利用移动式瓦斯抽放泵站进行工作面瓦斯抽放是瓦斯防治治本的主要手段, 可以彻底解决上隅角瓦斯超限问题, 并且抽放管路埋入工作面采空区, 对工作面采煤工艺影响不大。

2) 上隅角瓦斯治理必须进行详细的原因分析, 结合现场实际情况, 根据工作面的瓦斯涌出量采取针对性的综合措施。治理上隅角瓦斯的根本方法应该是:高位抽放或预抽、尾排和上隅角瓦斯抽排。一旦上隅角出现瓦斯超限, 立即在采面上隅角挂风帘、安挡风障;增大工作面的进风量、调高工作面的压差, 检查与该工作面相关的所有密闭是否漏风, 若漏风及时进行封堵等。

参考文献

[1]张传喜, 马丕良.浅析采煤工作面上隅角瓦斯超限的几种处理方法[J].煤矿安全, 2008, 19 (3) :78-81.

[2]王康健, 宋成长, 梁加红.顶板定向钻孔抽放技术在综采工作面的应用[J].煤矿安全, 2008, 20 (1) :42-45.

[3]迟春晓, 房旭刚, 唐新建.综放工作面上隅角瓦斯超限的研究与处理[J].内蒙古煤炭经济, 2007, 17 (6) :96-98.

[4]石琨.高瓦斯综采工作面分源治理技术[J].矿业安全与环保, 2009, 21 (8) :167-169.

[5]刘彦斌.综放面初采期瓦斯治理技术研究与实验[J].矿业安全与环保, 2004, 31 (6) :13-15.

上隅角瓦斯论文 篇8

关键词：上隅角,瓦斯,超限治理

一、基本概况

我矿综放工作面采用的是“U”型通风方式。在这种通风方式下, 进入工作面的风流分两部分, 一部分沿工作面流动, 另一部分漏入采空区, 在采空区内部沿一定流线的方向流动, 在工作面的后半部分, 进入采空区的风流逐渐返回工作面, 最后汇集于采面上隅角。所以, 工作面上隅角为采空区瓦斯流入工作面的汇合处。

目前我矿综放工作面利用移动瓦斯抽放系统对采空区的瓦斯进行抽放及安设局部通风机稀释综放面上隅角涌出的瓦斯。采取在回风道施工钻场向采空区打高位钻孔、施工顶板钻孔抽放瓦斯, 其目的和作用在于减少采空区的瓦斯涌出量, 抽出的瓦斯经抽放管路排入暗风井内。根据采场变化适时调整钻场参数, 以达到最好的抽放效果, 经检测主抽放管路内的瓦斯抽放浓度达30%以上, 极大地降低了上隅角采空区的瓦斯涌出量;同时利用局部通风在风筒上插接风袖稀释上隅角、架间及后溜尾等微风地点的瓦斯。有效地解决了上隅角瓦斯的难题, 但在正常回采期间上隅角以及118#支架至尾部端头支架间及后溜尾处局部地点时常出现瓦斯超限现象, 根据观察分析结合上隅角的现场情况以及综采回采工艺瓦斯超限原因已经通过实践总结出来。

二、工作面上隅角瓦斯超限的重要原因

1、综放面上隅角靠近煤壁和采空区侧, 风流速度很低, 局部处于涡流状态。这种涡流使采空区涌出的瓦斯难以进入到主风流中, 使瓦斯在上隅角附近循环运动聚集在涡流区中, 形成了上隅角的瓦斯超限。

2、机组割煤到达后头时在拉移支架的过程中, 在靠近端头支架及尾溜处会出现微风区, 采空区漏出的瓦斯在此处积聚, 形成上隅角及尾溜的瓦斯超限。

3、机组割煤到达后头出现超前移架、移溜时, 使尾梁后部形成空顶, 以及121#支架上方出现高冒, 都会使瓦斯积聚在尾溜里侧及支架尾梁附近形成尾溜处的瓦斯超限。

4、在上隅角回撤后密集时, 出现悬顶、掉顶以及回撤排距过大时, 瓦斯积聚在上隅角及121#支架尾梁附近, 易造成上隅角和尾溜瓦斯超限。

5、118#和119#支架衔接的错岔间距过大形成119#支架上方附近出现瓦斯超限。

6、局部通风机和瓦斯抽放系统出现故障时均会出现瓦斯超限。

三、上隅角瓦斯治理措施

(一) 各系统正常工作时的安全措施

1、通风队要加强井下各地点风门的检查和维护, 确保井下各地点风流、风量稳定。

2、在回撤抽放管时必须保证有一套抽放系统正常工作, 严禁两趟管路同时回撤。

3、在回撤完一趟抽放管路后, 立即开启抽放系统运转, 经瓦检员检测无瓦斯超限现象时, 再回撤第二趟抽放管路。

4、在回撤管路期间, 瓦检员要随时对上隅角和尾溜等区域内的瓦斯浓度进行检测, 当瓦斯浓度超过1%时, 要及时甩风袖或插管抽放进行处理, 如仍不能降至1%以下时, 要立即安设导风帐子对超限区域进行导风稀释。

5、在距工作面后出口50米处备齐一定数量的一米花管、风袖、风筒、三寸胶带、连接三寸胶带的短管等物品。

6、采煤队每次在上隅角附近移架前后及开动尾溜时必须由瓦检员进行瓦斯检查, 如果瓦斯浓度超过1%时, 禁止移架或开动尾溜工作;只有经过采取措施, 瓦斯浓度降到1%以下时, 方可进行移架或开动尾溜工作。

7、瓦检员要根据现场瓦斯浓度检查实际情况, 随时调整风筒出风口位置或加设风袖, 必须确保上隅角等各地点瓦斯浓度不超过1%。

8、加强为上隅角供风风机的检修工作, 风机设专人管理并看管, 同时形成双风机、双电源、安设导风三通、自动切换装置, 确保风机供风正常。

9、当后密集内出现悬顶, 118#和119#支架尾梁处出现台阶, 121#支架上方出现高冒而引起瓦斯超限时, 要及时采取甩风袖和插管抽放或安设导风帐子等方法进行稀释瓦斯。

10、综采队必须及时将上隅角区域内的锚杆、锚索托盘全部卸下来, 以保证上隅角区域内的老顶及时冒落, 严禁后密集处顶板出现悬顶现象, 如果出现悬顶立即由综采队采取措施进行处理, 处理悬顶时必须按《规程》规定执行。

11、综采队应加强拉架工艺, 保证118#和119#架子尾梁处不出现台阶, 严格控制118#和119#架子之间的落差高度, 必须保证落差高度在100～150mm之间, 要保证好支架间距, 避免支架间距过大, 顶板冒落而出现高冒。

12、综采队每班在拉移支架和回撤完后密集时, 及时将后溜子尾处的浮货清净, 保证有足够的通风空间。

13、加强后密集处的顶板管理, 尽量防止出现高冒现象, 在金属网铺设时, 与121#支架压茬距离不得小于500mm。

14、要保证后溜子尾的净化水幕灵敏可靠, 并要处于常开状态。

(二) 局部供风系统出现故障, 抽放系统正常运转时的措施

1、瓦检员要立即对上隅角、工作面等地点进行瓦斯检查, 如果瓦斯浓度超过1%, 要立即将超限地点人员撤至新鲜风流中, 并禁止任何人进入超限地点;风机送电后, 要对上隅角附近进行瓦斯检查, 只有瓦斯浓度在1%以下时方可恢复正常工作。

2、任何人不得随意停开为上隅角供风风机, 各队因检修或其他工作需要停风机时, 必须提前通知通风队, 经采取措施后方可停止风机运转。

3、当上隅角风机有计划停风时, 在停风期间综采2趟供水管路严禁撤管, 必须保证净化和喷雾的正常供水。

4、根据现场实际情况对上隅角采取如下方法进行治理瓦斯。

1) 在上隅角后密集处悬挂挡风帘子。

2) 在上隅角安设净化喷头, 并处于常开状态。

3) 将后溜子尾的净化水幕全部打开。

4) 当架间出现瓦斯超限时, 在架前设挡风帘将风流导入架间, 并用压力水枪向架间进行喷射。

5) 对局部超限地点, 利用抽放系统进行临时抽放。

(三) 抽放系统出现故障, 局部供风系统正常运转时的措施

Ⅰ、一套抽放系统出现故障时的措施:

1、另一套系统必须处于正常抽放状态, 瓦检员要及时调整抽放钻孔保证抽放效果。

2、瓦检员要加强对上隅角、后溜子尾、工作面等地点的瓦斯检查。

3、及时调整风袖的位置保证架间和尾溜等处的瓦斯浓度不超过1%。

II、两套系统同时出现故障时的措施:

1、瓦检员要立即对上隅角、后溜子尾、工作面等地点进行瓦斯检查, 如果瓦斯浓度超过1%时, 要立即将超限地点人员撤至新鲜风流中, 并禁止任何人进入超限地点;瓦斯泵正常运转后, 要对上隅角、后溜子尾附近进行瓦斯检查, 只有瓦斯浓度在1%以下时方可恢复正常工作。

2、必须保证供上隅角风机的正常运转。

3、根据现场实际情况对上隅角和架间等地点采取如下方法进行治理瓦斯。

1) 在上隅角后密集处和后三部掩护支架的尾梁处悬挂挡风帘子。

2) 将后溜子尾的净化水幕全部打开。

3) 当架间出现瓦斯超限时, 在架前设挡风帘将风流导入架间, 并用压力水枪向架间进行喷射。

4) 对局部超限地点, 安设风袖形成导风装置进行稀释。

(四) 局部供风和抽放系统全部出现故障时的措施

1、由风筒工负责在上隅角后密集和119#～121#支架尾梁处安设风帐子, 减少采空区内瓦斯的涌出。

2、在上隅角安设喷雾并和尾溜处的喷雾一起处于常开状态。

3、瓦检员要立即对上隅角、后溜子尾、工作面等地点进行瓦斯检查, 如果瓦斯浓度超过1%时, 要立即将超限地点人员全部撤至新鲜风流中, 禁止任何人进入超限地点, 并向矿、队调度室汇报。

4、由矿调度通知综采回风流所经区域内的所有工作人员撤离到新鲜风流中, 并切断所有电气设备的电源。

5、由通风调度室安排相关人员在受超限区域影响的巷道进行设岗, 禁止任何人员进入。

6、当风机和瓦斯泵正常运转后, 经检查综采上隅角、后溜子尾及受影响区域内的瓦斯浓度只有在《规程》允许浓度以下时稳定30分钟后, 方可撤离岗哨恢复正常工作。

四、结束语