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回采工作面上隅角瓦斯防治

作者:張渡軍  
評(píng)論: 更新日期:2023年05月20日

一、回采工作面上隅角定義

(一)回采工作面上隅角是指工作面切頂線與風(fēng)巷煤壁上幫交匯。

(二)回采工作面切頂線定義是指采空區(qū)與控制頂板區(qū)的分界線,就是采煤工作面臨近采空區(qū)側(cè)最后一排支護(hù)的位置,工作面支架頂梁后邊。

回采工作面盲巷不得滯后切頂線距離:由企業(yè)集團(tuán)或礦山企業(yè)自定,山西省的標(biāo)準(zhǔn)是不能2*5平方米。否則必須采取措施強(qiáng)制放頂。

二、采面上隅角瓦斯管理規(guī)定

(一)傳感器要求

回采工作面上隅角(工作面切頂線與風(fēng)巷煤壁上幫交匯處)必須設(shè)置T0瓦斯傳感器,安設(shè)的位置距離上幫、頂板、采空區(qū)切頂線各200—300㎜。T0瓦斯傳感器的報(bào)警點(diǎn)、斷電點(diǎn)、復(fù)電點(diǎn)、斷電范圍與工作面T1瓦斯傳感器相同。

(二)采煤工作面上隅角瓦斯超限時(shí),如果濃度不超過2%,可以通風(fēng)處理,如果超過2%,就必須做瓦斯抽放處理。

三、采面上隅角瓦斯超限原因分析

(一)采面上隅角的風(fēng)流狀態(tài)是瓦斯超限的重要原因

采面上隅角靠近煤壁和采空區(qū)側(cè),風(fēng)流速度很低,局部處于渦流狀態(tài)。這種渦流使采空區(qū)涌出的瓦斯難以進(jìn)入到主風(fēng)流中,從而使高濃度瓦斯在上隅角附近循環(huán)運(yùn)動(dòng)而聚集在渦流區(qū)中,形成了上隅角的瓦斯超限。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(huì)出現(xiàn)微風(fēng)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。

(二)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(fēng)流中任一斷面都具有靜壓、位壓、動(dòng)壓,三種壓力之和是全壓,全壓差的大小決定著風(fēng)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(fēng)流速度不一樣,采煤工作面的風(fēng)流到此轉(zhuǎn)彎,造成上隅角處風(fēng)流速度變慢,上隅角兩面的風(fēng)流速度差降低,此處風(fēng)流速度大大減少,在上隅角處出現(xiàn)無速度差,甚至風(fēng)流出現(xiàn)紊流。

二、防治上隅角瓦斯超限的方法

針對(duì)上隅角瓦斯超限的情況,通常的防治方法有10種,即:①設(shè)置上隅角臨時(shí)擋風(fēng)簾;②增大回采工作面風(fēng)量;③設(shè)置采空區(qū)風(fēng)幛;④采煤工作面安裝局部通風(fēng)機(jī);⑤采煤工作面回風(fēng)巷安設(shè)風(fēng)、水引射器;⑥安設(shè)專用抽排風(fēng)機(jī);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(fēng)方式等?,F(xiàn)分別進(jìn)行分析。

(一)設(shè)置采面上隅角擋風(fēng)簾

當(dāng)采煤工作面上隅角出現(xiàn)瓦斯超限時(shí),在靠近采煤工作面上隅角處掛一擋風(fēng)簾,使之將工作面的風(fēng)流一分為二,利用風(fēng)簾引導(dǎo)較多的風(fēng)流流經(jīng)上隅角,以稀釋高濃度瓦斯。風(fēng)幛可采用軟質(zhì)風(fēng)筒布制作,長(zhǎng)度一般不小于10m。

某礦*工作面在生產(chǎn)過程中,出現(xiàn)了上隅角瓦斯異常的現(xiàn)象,CH4濃度達(dá)到2%,于是在上隅角附近加設(shè)了一道擋風(fēng)簾。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)發(fā)現(xiàn),采用擋風(fēng)簾后,上隅角的CH4濃度很快降到1%以下;但是由于擋風(fēng)簾的存在,使采煤機(jī)割煤,上隅角附近支、回柱,上出口行人、運(yùn)料受到很大的影響,往往出現(xiàn)擋風(fēng)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?。這樣反復(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(shí),擋風(fēng)簾的存在,增大了工作面的通風(fēng)阻力,使工作面的風(fēng)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(diǎn),并且只能作為臨時(shí)措施。這種方法實(shí)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。

(二)增大回采工作面風(fēng)量

工作面風(fēng)流對(duì)上隅角渦流區(qū)積聚瓦斯的驅(qū)散,主要靠工作面風(fēng)流與上隅角瓦斯積聚區(qū)間的空氣的對(duì)流和主風(fēng)流的擴(kuò)散作用。經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的現(xiàn)場(chǎng)觀察,發(fā)現(xiàn)在工作面正常供風(fēng)的情況下,靠有限速度的風(fēng)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(fēng)量的辦法,雖然可使上隅角積聚區(qū)風(fēng)流與工作面主風(fēng)流的對(duì)流作用加大,但是隨著風(fēng)量的提高,負(fù)壓增大,采空區(qū)的風(fēng)流速度加大,使采空區(qū)的瓦斯流線延深,加強(qiáng)了風(fēng)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(fēng)通道,則會(huì)增大此漏風(fēng)量??傊粼龃蟛擅骘L(fēng)量。會(huì)使風(fēng)流攜帶出的瓦斯量增大,同時(shí),風(fēng)量過大又有以下缺點(diǎn):①造成鄰近采掘工作面的供風(fēng)量下降,影響礦井通風(fēng)系統(tǒng)的穩(wěn)定;②使采面風(fēng)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(fēng)量過大容易使巷道內(nèi)的風(fēng)速超過《煤礦安全規(guī)程》的規(guī)定,影響礦井的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化達(dá)標(biāo)。

(三)設(shè)置采空區(qū)風(fēng)幛

根據(jù)采面上隅角瓦斯超限的原因可知,若能減少進(jìn)入采空區(qū)的風(fēng)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。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(fēng)幛,這樣就可最大限度地減少進(jìn)入采空區(qū)的漏風(fēng)量。尤其是在工作面出口處,由于風(fēng)流進(jìn)入工作面時(shí)在此處直射采空區(qū)。所以應(yīng)保證此區(qū)段的風(fēng)幛封堵嚴(yán)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(fēng)幛位于采空區(qū)邊緣,采空區(qū)落下的矸石極易將風(fēng)幛破壞。造成風(fēng)幛漏風(fēng)增大;同時(shí)由于風(fēng)幛隨著工作面向前推進(jìn)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(dāng)回采工作面上隅角積聚瓦斯速度不大(2~3 m3/min)和瓦斯?jié)舛炔惶?3%左右)的情況下應(yīng)用效果才明顯。

(四)安設(shè)局部通風(fēng)機(jī)

在工作面內(nèi),距采煤工作面上隅角10~15m的位置,安裝1臺(tái)5.5kw或2×2.2kw的小局部通風(fēng)機(jī),用膠質(zhì)風(fēng)筒將風(fēng)引到回風(fēng)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(fēng)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,該局部通風(fēng)機(jī)隨著工作面的前移而移動(dòng)。這種處理方式具有以下優(yōu)點(diǎn):①采煤工作面上隅角的瓦斯可盡快地進(jìn)入風(fēng)筒內(nèi)部,排入回風(fēng)巷;②可增大采煤工作面上隅角的風(fēng)量,及時(shí)沖淡此處的高濃度瓦斯;③由于風(fēng)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(fēng)機(jī)正常運(yùn)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(gè)安全可靠的治理過程。

(五)安設(shè)風(fēng)水引射器

當(dāng)采煤工作面上隅角出現(xiàn)瓦斯超限時(shí),安設(shè)一臺(tái)風(fēng)水引射器,利用高壓水、風(fēng)聯(lián)合作為動(dòng)力,也可用高壓水或風(fēng)分別作為動(dòng)力,形成一較大的負(fù)壓區(qū),工作面的主風(fēng)流由于壓差的作用會(huì)增大流經(jīng)上隅角的風(fēng)量,以滿足風(fēng)機(jī)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(fēng)流的稀釋后進(jìn)入風(fēng)筒內(nèi)部,排入回風(fēng)巷。這種方法具有以下優(yōu)點(diǎn):①利用高壓水、風(fēng)作為動(dòng)力,風(fēng)、水引射器本身無機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件,沒有產(chǎn)生火花的隱患;②改變風(fēng)、水壓即可調(diào)整風(fēng)量;③結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,安裝移動(dòng)方便。但需要加強(qiáng)管理,防止動(dòng)力源(水、風(fēng))突然停止,造成采煤工作面上隅角瓦斯突然積聚。

(六)安設(shè)專用抽排風(fēng)機(jī)

1、脈動(dòng)通風(fēng)技術(shù)。脈動(dòng)通風(fēng)技術(shù)是利用風(fēng)流的紊流擴(kuò)散系數(shù)與風(fēng)流脈動(dòng)特性相關(guān)的理論,研制的一套技術(shù)可靠、經(jīng)濟(jì)合理且實(shí)用的脈動(dòng)風(fēng)機(jī)使用技術(shù)。在正常通風(fēng)風(fēng)流中疊加脈動(dòng)風(fēng)流,從而增加風(fēng)流的紊流擴(kuò)散系數(shù),提高風(fēng)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、GDS-1型瓦斯自動(dòng)排放系統(tǒng)。由煤科總院重慶分院研制的GDS-1型瓦斯自動(dòng)排放系統(tǒng),由抽出式無火花風(fēng)機(jī)、瓦斯傳感器、控制裝置、調(diào)節(jié)風(fēng)門、吸風(fēng)器和若干風(fēng)筒組成。主要結(jié)構(gòu)如圖2所示。上隅角瓦斯高濃度瓦斯經(jīng)吸風(fēng)器X進(jìn)入硬質(zhì)風(fēng)筒Y,雙級(jí)傳感器檢測(cè)調(diào)節(jié)風(fēng)門K前后端風(fēng)筒內(nèi)的瓦斯?jié)舛?,由控制裝置內(nèi)的單片機(jī)根據(jù)瓦斯?jié)舛戎祦泶_定調(diào)節(jié)風(fēng)門開或關(guān),以及開關(guān)角度的大小,從而改變摻入“新風(fēng)”的風(fēng)量,使排放瓦斯風(fēng)筒內(nèi)瓦斯?jié)舛炔怀蕖?/p>

3、小型液壓風(fēng)扇。液壓風(fēng)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(fēng)扇和液壓動(dòng)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?shí)時(shí)檢測(cè)瓦斯?jié)舛龋z測(cè)的瓦斯?jié)舛刃盘?hào)轉(zhuǎn)換為模擬電信號(hào),傳到控制處理器,經(jīng)過中心處理單元對(duì)檢測(cè)到的模擬信號(hào)進(jìn)行處理判斷,發(fā)出指令控制繼電器的開啟與閉合,實(shí)時(shí)控制液壓風(fēng)扇。當(dāng)瓦斯?jié)舛瘸迺r(shí),風(fēng)扇啟動(dòng),吹散上隅角積聚的瓦斯;待瓦斯?jié)舛冉档桨踩缦迺r(shí),風(fēng)扇即生動(dòng)停止。

4、安設(shè)壓風(fēng)風(fēng)機(jī)抽排瓦斯。本方法具有風(fēng)、水引射器與瓦斯移動(dòng)泵抽放瓦斯的特點(diǎn),沿工作面回風(fēng)巷鋪一趟剛性風(fēng)筒,風(fēng)筒吸口在距上隅角0.5m位置,排風(fēng)口安在風(fēng)眼內(nèi)或區(qū)城回風(fēng)巷內(nèi),風(fēng)機(jī)安裝在回風(fēng)巷內(nèi),每200~300 m一組,用壓風(fēng)作為動(dòng)力。

5、安設(shè)移動(dòng)式抽放泵抽放上隅角瓦斯。沿工作面回風(fēng)巷鋪l趟剛性風(fēng)筒,風(fēng)筒前面鋪1根抽放花管(采空區(qū)內(nèi)),抽放花管長(zhǎng)度15~20m左右,要求采用低負(fù)壓抽放,該管子與回風(fēng)系統(tǒng)的剛性風(fēng)筒相連,這樣在隅角處形成一個(gè)負(fù)壓區(qū),使隅角處瓦斯向抽放管子流動(dòng),最后排到采區(qū)回風(fēng)巷。

(七)高位抽放瓦斯

1、布孔方式。在工作面回風(fēng)巷內(nèi)直接布置鉆場(chǎng),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(jìn)方向反向布置鉆孔,鉆場(chǎng)間距15m,每個(gè)鉆場(chǎng)打3個(gè)鉆孔,利用工作面前方煤體保護(hù)鉆孔,工作面回采到位時(shí)撤出?;仫L(fēng)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(gè)負(fù)壓區(qū),使采煤工作面上隅角處瓦斯向抽放管流動(dòng)。在工作面回風(fēng)巷30~50m施工一個(gè)高位瓦斯抽放鉆場(chǎng),每一個(gè)鉆長(zhǎng)布置3個(gè)鉆孔。鉆孔終孔距工作面頂板高度有工作面才高而定(一般以才高的4~5倍)最好三個(gè)鉆孔高度不一(比如4m采高的話,鉆孔距工作面高度依次是16m、20m、24m);而鉆孔終孔距回風(fēng)巷距離一般設(shè)計(jì)為10 15 20m.4瓦斯如果太大的話就施工長(zhǎng)距離瓦斯抽放鉆孔

2、布孔參數(shù)。鉆孔設(shè)計(jì)依據(jù)兩個(gè)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(jìn)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(dòng),當(dāng)上覆巖層下沉穩(wěn)定后,上覆巖層采動(dòng)裂隙區(qū)劃可分為“豎三帶”和“橫三區(qū)”,即采動(dòng)區(qū)沿垂直方向由下往上劃分為冒落帶、裂隙帶和彎曲下沉帶;沿工作面推進(jìn)方向在工作面風(fēng)巷和機(jī)巷區(qū)域分為煤壁支撐影響區(qū)、離層區(qū)和重新壓實(shí)區(qū)。隨著工作面不斷向前推進(jìn),沿工作推進(jìn)方向上的“橫三區(qū)”隨之交替向前移動(dòng)。

3、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(fēng)巷內(nèi)錯(cuò)8~30m(8~17m)。具體礦井,要根據(jù)其實(shí)際綜合確定。其中鉆孔的終孔位置,可以利用幾何知識(shí),通過計(jì)算得到。

(八)其他方法

1、建立采面尾排系統(tǒng)。沿工作面回風(fēng)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(fēng)系統(tǒng)相連通(不是與采煤工作面的回風(fēng)巷),在采煤工作面上隅角處形成一個(gè)負(fù)壓區(qū),使采煤工作面上隅角處瓦斯沿管子流向回風(fēng)流。

2、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)舛龋嗉此?、灰、氮?dú)?,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,教果明顯的特點(diǎn),這是發(fā)展的趨事。

3、改變通風(fēng)方式。我國(guó)煤礦的通風(fēng)方式大部分采用上行風(fēng),由于采煤工作面涌出的瓦斯比空氣輕,其自然流動(dòng)的方向和上行風(fēng)的方向一致,在正常風(fēng)速(大于0.5~0.8m/s)下,瓦斯可能出現(xiàn)分層狀流動(dòng)和局部的瓦斯積存,容易造成瓦斯上隅角積聚,下行風(fēng)的方向與瓦斯自然流動(dòng)方向相反,二者易于混合且不易出現(xiàn)瓦斯層狀流動(dòng)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(xiǎn)的采煤工作面不得采用下行通風(fēng)。所以在運(yùn)用下行通風(fēng)時(shí),必須慎重。

經(jīng)過以上分析,結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)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(fēng)簾、安擋風(fēng)幛;增大工作面的進(jìn)風(fēng)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(fēng),若漏風(fēng)及時(shí)進(jìn)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(fēng)機(jī)(風(fēng)、水引射器)進(jìn)行抽排。

上述方法都是臨時(shí)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(jìn)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。

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