采面上隅角瓦斯积聚成因分析及治理措施

姜华

[摘 要]上隅角作为采煤工作面采空区的漏风处，极易造成瓦斯积聚，对工作面的安全生产构成严重威胁，制约着矿井的正常生产，通过对采面上隅角瓦斯积聚的成因、来源及分布规律的研究，分析了影响回采工作面上隅角瓦斯涌出因素，提出了解决回采工作面上隅角瓦斯积聚处理的方法。

[关键词]上隅角；瓦斯积聚；治理措施

中图分类号：TH813 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）32-0000-01

1 上隅角瓦斯积聚成因、来源

（1）采煤工作面通常采用U型通风系统，工作面的上隅角，容易积聚瓦斯，同时随着采煤工作面逐渐推进，新鲜煤壁不断暴露，在矿山压力的作用下使前方煤体处于卸压带，煤层的透气性随之增大，瓦斯涌出量也随着增加，同时采落下来的煤炭中不断释放瓦斯，导致工作面回采空间内瓦斯涌出量增加，同时瓦斯的密度相对于空气较轻，有利于煤层中涌出的瓦斯向采煤工作面上隅角积聚。

（2）临近煤层受采动影响往往会形成较多的裂隙，涌出的瓦斯大部分经上隅角进入主采层，风速较小，同时上隅角处于负压状态，会使瓦斯提高邻近层的裂隙向主采层工作面的上隅角涌出。

（3）从采空区内部煤炭中释放出来。它可分为四方面：一是采空区内上、下两道煤壁受采动影响，表面的煤炭片帮垮落，露出深部的煤层；另外，煤壁的裂隙进一步向深部发展，形成新的瓦斯涌出通道，造成深部瓦斯涌入采空区；二是采空区的遗煤；三是分层开采，下分层的卸压煤层瓦斯涌出；四是放顶落煤过程中落煤的卸压瓦斯能涌出。

2 采空区瓦斯分布规律

采空区内的瓦斯分布取决于采空区内部的风流运动规律、瓦斯扩散运动规律及瓦斯上浮运动规律的综合作用。采空区内的风流运动可分为三个区域，即紊流区域、层流区域和静止区域。它们的分布，在走向方向，从切顶线往采空区深部分为紊流区、层流区，最后是静止区；从底板往顶部分布规律是紊流区、层流区，最高的是静止区。各区域的空间大小与流入采空区的风量大小、煤层倾角、顶板岩性、工作面长短等因素有关。紊流区的瓦斯运动规律主要决定于风流运动和瓦斯上浮运动；层流区的瓦斯由风流运动、瓦斯上浮运动和瓦斯分子扩散运动作用，静止区的瓦斯运动规律主要由分子扩散运动和瓦斯上浮运动作用。瓦斯浓度在采空区内形成一种相对稳定的动态平衡的浓度梯度，从切顶线往采空区深部方向及底板往顶部裂隙带方向瓦斯浓度渐渐变大，在采空区内存在一个等浓度的曲面梯度。

3 影响上隅角瓦斯涌出因素

采煤工作面上隅角涌出量的大小是自然因素、开采技术条件和通风因素等综合因素的结果，采煤工作面瓦斯的主要来源临近煤层和采空区，其次时回采过程中暴露的煤壁，因此主要分析一下因素对上隅角瓦斯涌出量的影响。

（1）煤层和围岩瓦斯含量是一下上隅角的决定性因素，煤层中瓦斯含量越高，瓦斯的涌出量就越大，瓦斯的涌出速度也随之增加。

（2）煤层的开采深度的增加相对于瓦斯涌出量也随之增高，临近煤层与围岩中所涌出的瓦斯量比开采煤层增加的要快，易造成上隅角瓦斯积聚。

（3）放炮工序。放炮时对采煤工作面上隅角瓦斯涌出主要包括：放炮時产生的爆轰冲击采空区，破坏采空区风流紊流区及静止区的平衡，将采空区的瓦斯带入上隅角；放炮时会产生大量瓦斯，同时在放炮落煤期间，工作面的通风断面减小，阻力增加，经过采空区的风流增加，使上隅角瓦斯增高。

（4）风流方向。回采工作面大多采用上行式通风方式，风流从进风侧流向回风侧时，风流方向先向里，后转向，最后向外流出，瓦斯呈现向回风侧流动的趋势，瓦斯浓度增高，同时工作面进风瓦斯浓度较小，回风侧瓦斯浓度较大，这是由于回风侧瓦斯浓度的增加来自采空区瓦斯的流入，瓦斯运动到顶板和采空区的上部，将瓦斯导入工作面上隅角，造成瓦斯升高。

（5）煤层倾角

煤层倾角对回采工作面上隅角瓦斯涌出影响主要有三个方面。一是煤层倾角不同采空区顶板活动规律不一样，导致采空区冒落范围、形状不同，随着煤层倾角变大，采空区内的风流静止区域变小，瓦斯储存量降低，造成采空区的瓦斯涌出量增加；另一方面，对瓦斯涌出量变化的缓冲能力降低，造成采空区瓦斯涌出浓度变化频繁。二是煤层倾角变大改变了采空区瓦斯储存方式，煤层倾角小时采空区内的矸石不发生下滑移动，较均匀地分布在采空区内，采空区内的瓦斯也均匀地储存在采空区矸石缝隙空间内，整个采空区的通风阻力均匀分布，采空区瓦斯涌入工作面的稳定性好；当煤层倾角变大时，采空区内的矸石稳定性变小，下滑移动趋势变大，当煤层倾角大于安息角时，采空区内的矸石滑移到采空区下部，上部形成空洞，瓦斯主要储存到采空区的空洞中，空洞内的瓦斯对放炮爆轰波、采空区顶板冒落的冲击波影响比较敏感，采空区瓦斯涌入工作面的稳定性变差。三是煤层倾角变大，改变了采空区内的瓦斯浓度梯度，使高浓度的瓦斯接近工作面的上隅角，加大了采空区内高浓度瓦斯向上隅角逸散速度。总之，煤层倾角变大，对回采工作面上隅角的瓦斯管理带来不利的影响。

4 上隅角瓦斯治理措施

（1）稀释上隅角瓦斯浓度。

稀释上隅角瓦斯浓度是将新鲜风流引入到采煤工作面上隅角，把瓦斯稀释带走。采用此种方法时根据瓦斯涌出量大小、巷道布置、通风方式等情况决定，当工作面上隅角瓦斯浓度和瓦斯积聚速度较大时，可在工作面老塘侧设置风障，增大通过上隅角的风量，改变上隅角瓦斯涡流状态，降低瓦斯浓度，排除上隅角瓦斯积聚，防止瓦斯超限。

（2）采前抽放，降低煤层瓦斯含量

降低煤层瓦斯含量措施主要有本煤层瓦斯抽放、邻近煤层瓦斯抽放和保护层开采卸压强化抽放等技术措施。经瓦斯抽放后，煤层的瓦斯含量大幅度下降，回采时瓦斯涌出总量减少，相应的涌向采空区和上隅角的瓦斯就少。

（3）改变通风方式，消除上隅角瓦斯

消除上隅角措施主要有改变工作面通风系统，如采用“Z”、“Y”和“W”型通风，工作面留尾巷，下行通风。这些方法一般适用于煤层瓦斯含量不高，回采工作面瓦斯绝对涌出量在5m3/min以下时，通过与加大风量配合使用效果比较好。但对有煤层自燃发火的回采工作面对防治自燃发火不利。

（4）上隅角瓦斯抽放

上隅角埋管抽放。由于上隅角容易产生瓦斯积聚造成瓦斯超限，因此在靠近上隅角的三角区采用煤袋垛实，并用黄泥将存在的缝隙封实，利于抽放瓦斯，然后采用软胶管插入上隅角并与大管径抽放管路连接，保证抽放效果。

（5）煤层注水。

回采过程中瓦斯易从煤壁及采落下地煤炭中释放瓦斯，加强煤层注水，使煤体保持湿润，是降低瓦斯涌出量的关键环节。

采煤工作面上隅角积聚瓦斯的治理，首先要根据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综合治理。

5 结论

（1）当采煤工作面瓦斯绝对涌出量大于5m3/min时，仅采用通风方法处理上隅角瓦斯效果不显著。应采取预抽煤层瓦斯或上隅角埋管、穿层钻孔等措施，或几种措施根据实际情况联合使用。

（2）当采煤工作面瓦斯绝对涌出量在3～5m3/min时，改变采区布置方式，回采工作面选用“Z”或“Y”型通风方法处理上隅角瓦斯效果好。

（3）采煤工作面上隅角瓦斯积聚和超限严重制约着煤矿的安全生产，因此要根据采煤工作面上隅角瓦斯超限和积聚原因，制定合理有效的防治瓦斯超限措施，保证工作面安全生产。

参考文献

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[2] 王岩森，马立强，等.矿压显现对工作面瓦斯涌出规律影响分析[J].煤矿安全，2004，（11）.

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