回采工作面上隅角瓦斯超限原因分析及对策

熊 伟

(中平能化集团平煤四矿)

·技术经验·

回采工作面上隅角瓦斯超限原因分析及对策

熊 伟①

(中平能化集团平煤四矿)

为了解决回采工作面上隅角瓦斯超限问题,结合现场实际,分析了回采工作面上隅角瓦斯超限的原因,提出了具有针对性的处理措施。现场测试表明:通过采取有效的上隅角瓦斯超限处理措施,己16.17-21290回采工作面上隅角瓦斯超限问题得以解决,保证了采面的正常回采。

瓦斯超限;回采工作面;上隅角;原因;措施

随着煤层开采深度的增加,煤层瓦斯含量增加;采煤工作面生产能力的提高及工作面推进速度的加快,也使瓦斯涌出量相应大幅度地增加,瓦斯超限现象更加频繁地发生。在采用正常通风方式情况下,通风不良的地方就比较容易出现局部的瓦斯积聚,如巷道顶板冒落空间、支架背板上部、掘进工作面、采煤机滚筒附近等地方通常出现瓦斯的局部积聚。工作面的瓦斯主要来源于煤壁、落煤以及采空区。根据瓦斯运移规律,在工作面上隅角极易造成瓦斯层流积聚。上隅角是采空区漏风的出口,漏风将采空区部分瓦斯带出,同时工作面回风出口风流直角拐弯,上隅角易形成涡流区,瓦斯不易被风流带走。目前,我国绝大部分采煤工作面均采用“U”形通风系统,其上隅角作为整个工作面采空区的漏风汇,就会造成上隅角瓦斯经常积聚和超限。不但严重制约了采煤工作面的正常生产,给其安全也带来很大的不确定因素,而且严重威胁整个矿井安全[1]。因此,分析采煤工作面上隅角的瓦斯来源、超限原因,找出解决问题的具体方法和措施,积极探索新的瓦斯治理技术、创新瓦斯管理方法,对煤矿安全生产具有重要的意义。

1 工作面概况

平煤四矿己16.17-21290工作面位于己一采区东翼下部,南为16.17-21270工作面(已回采),北部为己三采区,东部由于沉积原因煤层变薄无法回采,西与己一东翼皮带下山、轨道下山相通,上覆己15煤层已回采。该工作面平均可采走向长度745 m,采长里段为168 m,回采面积 125 160 m2,可采储量 543 147 t。该面煤层基本稳定,中间夹矸为泥岩厚0.4～0.7 m,煤层总厚度4.0 m。西部略厚,东部略薄。己16煤层呈块状亮型,厚1.5～1.8 m。己17煤层颜色较暗,呈碎粒状及沫状,厚1.4～1.9 m,平均厚度1.6 m。煤层倾角为7°～8°。该面己16煤层及己16中间夹矸厚度变化较大,因此,瓦斯变化容易异常。

工作面采用走向长壁后退式综机采煤法,两巷道均为拱形棚支护,回采时自煤壁向外替棚,替棚长度保持机头外不少于6～8 m,最大控顶距4.8 m,最小控顶距4.2 m,顶步距为0.6 m。采空区处理采用顶板自行跨落。

通风系统采用U型上行通风。新风:地面→副井→己一人行上山→东翼皮带运输平巷→东翼皮带下山 →己16.17-21290风巷 →采面;乏风:采面 →己16.17-21290机巷→东翼轨道下山→泄水巷→己三总回风巷→己三风井→地面。通风系统示意图见图1。工作面风量按1 099 m3/min来配风。

图1 通风系统示意图

2 上隅角瓦斯超限原因分析

1)采面隅角为采空区风流的汇合处。在“U”通风方式下,进入工作面的风流一部分沿工作面流动带出煤中瓦斯;另一部分进入采空区,内部沿一定的方向流动,带出采空区内的瓦斯,两股风流及瓦斯在上隅角处汇合,使此处成瓦斯积聚区。

2)上隅角的风流状态促成瓦斯超限。经过长期现场观察分析得知,采面隅角靠近煤壁和采空区侧,风流速度低,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,从而使高浓度瓦斯在隅角附近循环运动而聚集在涡流区中,形成了隅角的瓦斯超限[2]。若工作面隅角出现滞后回柱放顶,除隅角存在的涡流区外,在靠近切顶排柱处会出现微风区,采空区漏出的瓦斯在此处积聚,更容易形成隅角的瓦斯超限。己16.17-21290工作面上隅角上面有个老采面,采空区排出的瓦斯在此积聚,由于风流的影响,造成己16.17-21290工作面下半段瓦斯浓度超限。

3 防范措施及效果

在现有采煤工作面机、风巷采用的支护形式和采煤工作面单产比较高的前提下,降低上隅角的瓦斯超限次数甚至杜绝其超限,必须采取有效的防范措施。

1)增大回采工作面风量。工作面风流对隅角涡流区积聚瓦斯的驱散,主要靠工作面风流与隅角瓦斯积聚区间空气的对流和主风流的扩散作用。经过长时间的现场观测,发现在工作面正常供风的情况下,不可能靠有限速度的风流来驱散隅角涡流积聚区的高浓度瓦斯。工作面采用增大风量的办法,虽然可使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。总之,若增大采面风量,会使风流携带出的瓦斯量增大,同时也不利于回采工作面煤炭自燃发火的防治[2]。

2)设置挡风帘。当采面隅角出现瓦斯超限时,在靠近隅角处挂一挡风帘,利用风帘引导新鲜风流流经隅角,以稀释高浓度瓦斯。风幛可采用软质风筒布制作,长度一般不小于10 m。通过挂挡风帘,上隅角的瓦斯能很快降到1%以下,但是由于挡风帘的存在,使采面隅角附近支、回柱,上出口行人、运料受到一定的影响,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到超限浓度以上。这样反复操作的结果,必然使隅角瓦斯浓度忽高忽低,极不稳定,造成了安全生产的隐患。同时,挡风帘的存在,增大了工作面的通风阻力,使工作面的风量降低[4]。因此,这种防治方法可靠性较差,效果不理想,只能作为临时性的应急措施。

3)设置临时风幛导风,改变上隅角涡流状态,稀释上隅角瓦斯浓度。实践证明,当一个工作面瓦斯绝对涌出量较大时,即使采用钻孔抽排及上隅角埋管抽排,上隅角仍然存在涡流运动,有时上隅角还会存在瓦斯超限现象[3]。设置风幛或导风板可以改变上隅角风流路线,让新鲜风流进入上隅角,改变涡流状态,达到冲淡、稀释瓦斯,防止发生瓦斯超限事故。

4)设置采空区风幛。根据采面隅角瓦斯超限的原因可知,若能减少进入采空区的风量,则可减少采空区的瓦斯涌出量,使隅角避免出现瓦斯超限。在工作面采空区一侧,沿切顶排从工作面下出口到隅角设置风幛,这样就可最大限度地减少进入采空区的漏风量。尤其是在工作面下出口处,由于风流进入工作面时,在此处直射采空区,所以应保证此区段的风幛封堵严密。

5)高位钻孔抽采及上隅角埋管抽采。选择合适的瓦斯抽排泵和瓦排管路,建立采区瓦斯抽排泵站,并将抽排管路与钻孔及上隅角抽排管路连成整体,实施抽采。

6)采空区埋管抽放瓦斯。利用采区移动抽放系统,在工作面上隅角采空区内埋设d100 mm、长3～4 m,前端钻有小孔的钢管,经过渡软管接于抽放系统,将超限的瓦斯及时抽出。

7)改变工作面通风系统,采用“U”型通风系统的回采工作面,其上隅角易产生瓦斯积聚,尤其在采空区一侧有漏风源时,积聚更为严重。不少矿井改用“Z”型或“双 Z”型、“Y”型及“W”型通风系统后,上隅角瓦斯积聚问题有所缓解,但有时采空区容易自然发火。针对己16.17-21290工作面上隅角上面有个老采面,采空区排出的瓦斯在此积聚,由于风流的影响,造成己16.17-21290工作面下半段瓦斯浓度超限的问题,平煤四矿对通风系统进行调整,由原来的风巷进风改为机巷进风,改变了上隅角附近风流流动状况,缓解了上隅角瓦斯超限问题,保证了己16.17-21290工作面的正常回采。

[1] 李树奎,刘克功,李迎业,等.综采工作面上隅角瓦斯的治理方法[J].煤矿安全,2001(7):13-14.

[2] 撒占友,何学秋,王恩元,等.综采工作面上隅角瓦斯分布与积聚处理技术的研究[J].矿业安全与环保,2001,5(28):5-7.

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

[4] 王慧堂.处理上隅角瓦斯的J型通风系统[J].矿业安全与环保,2005,3(32):62-63.

Cause Analysis and Treatment Measures of G as Content Exceeded on Mining Face Top Corner

Xiong Wei

In order to solve exceeded on mining face top corner,the causes of gas content exceeded on mining face top corner were analyzed by combining the mining face,the specific measures were proposed.Field tests show that the problem of gas content exceeded on mining face top corner was solved through effective treatment measures for gas content exceeded,which ensure normal mining of the mining face.

Gas content exceeded;Mining face;Mining face top corner;Reason;Measures

TD712.54

B

1672-0652(2010)05-0047-02

2010-03-18

熊 伟 男 1982年出生 2006年毕业于河南理工大学 助理工程师 平顶山 467000