综采工作面上隅角瓦斯治理技术措施分析

骆红灿

贵州金沙龙凤煤业有限公司 贵州毕节 551700

摘要：本文在分析综采工作面上隅角瓦斯累计问题的基础上，探讨了瓦斯聚集的原因及分布规律，并结合文献分析和工作实际情况，得到了上隅角瓦斯综合治理措施，对于提升煤矿安全生产能力具有积极意义。

关键字： 综采工作面，上隅角，瓦斯治理

1 引言

在煤矿回采过程中，综采工作面容易受到通风方式，通风能力，回采工艺和采空区管理能力等因素的影响，极易出现隅角瓦斯积累情况，隅角瓦斯积累超过上限则容易引发断电事故，影响了工作面回采的工作效率，引发瓦斯爆炸和生产安全事故，威胁工作人员及设备的安全。由此看来，在回采过程中，如何在综采工作面上进行瓦斯治理，对于保证工作效率、降低安全生产风险具有积极意义。

2 综采工作面上隅角瓦斯累计问题

综采工作面瓦斯主要来源于以下几个方面：（1）采空区煤炭及煤层中释放的瓦斯。该部分释放的瓦斯主要来自于煤炭表面的炭片脱落，露出深层的煤层，裂缝进一步向深层发展，形成瓦斯涌出的通道，导致深层煤层中的瓦斯进入综采工作面。其次是采空区的遗落煤炭释放瓦斯，或者是在上层落煤过程中压力释放导致瓦斯涌出。（2）采空区或者是邻近的煤层通过裂隙释放瓦斯，进入综采工作面。（3）采煤工作面的部分瓦斯通过空气流通进入采空区的工作面。

2.1上隅角处内外压差

综采工作面任何位置都存在动压、静压和位压3种压力，它们形成的全压始终影响着工作面巷道内风流的流动方向和速度，导致上隅角内风流流动速度慢、流动方向不规律，形成紊乱风流，而且在风压作用下，导致采空区内分散的瓦斯集中向上隅角方向运动，从而造成瓦斯超限现象。

2.2 空气流动状态

常用的综采工作面通风使用U型通风，在上隅角位置并无空气流动控制装置，当空气进入上隅角部位时，极易形成斡旋风流，并且难以在短时间内排除，一旦出现窝风情况，瓦斯在此处积累的概率大大提升。

进一步分析工作面的空气流动方向对于上隅角瓦斯聚集的影响，通常情况下，采空区的风流方向分为向里、转向、向外三个阶段，共同构成一个弧形的路线，空气流动在采空区的上、下两端具有较高的速度，而在中部速度较小，这样就容易造成上下两端紊流、中部层流的情况，瓦斯浓度变化梯度表现为回风侧高，进风侧低，瓦斯在上浮过程中，大部分可进入顶端的裂隙中，另有一部分会聚集在采空区的上隅角位置。在上行通风过程中，上部紊流区流速变化大，容易将层流区的高浓度瓦斯带入上隅角；而在下行通风过程中，因瓦斯上浮运动来到采空区上部的瓦斯可随空气流动进入采空区的深度，并形成一个循环过程。

2.3 回采工作面处漏风

巷道接口与端口支架处连接不严，同时没有安装相应的空气阻挡装置，导致综采工作面处的空气可从巷道与端口支架的缝隙进入采空区，瓦斯在采空区气压的作用下，逐渐从尾巷向上隅角处运动并产生累积。

2.4回采工艺的影响

综采工作面采用低位放顶煤回采工艺，工作面回采后顶煤裂隙发育且富含高浓度瓦斯，这是导致上隅角瓦斯积聚的重要原因之一。

2.5 综采工作面上隅角瓦斯分布规律

综采工作面上隅角瓦斯分布主要是由空气流动规律，瓦斯扩散规律和上浮运动规律综合控制。分析综采工作面上的空气流动，大体包括静止区域、层流区域和紊流区域三个部分，从走向上最深部为紊流区域，依次往外分为层流区和静止区；从底向上依次分为紊流区，层流区和静止区，区域大小主要由风量、工作面的分布，周围煤层性质及瓦斯含量控制。

瓦斯在综采工作面上整体上处于动态平衡状态，综采工作面上隅角部分大体上存在一个等浓度的梯度曲线。

3 上隅角瓦斯综合治理措施分析

3.1合理调整风量

综采工作面在回采期间应合理调整供风量，如果通过增加上隅角的风量来降低浓度，会增加采空区与上隅角的压差，不仅不能解决上隅角瓦斯积聚问题，还可能增加采空区的内外压差，导致漏风量增加。通过科学的计算，得到综采工作面的风量超出合理范围，为此建议在一定程度上降低综采工作面的风量，以减缓采空区的漏风情况。

3.2 安装挡风装置

可在综采工作面上隅角水平前方安置一定的挡风装置，建议在3~5米范围内设置一道挡风帘，挡风帘可使用帆布等材质，挡风帘的主要作用是将工作面的空气引入综采工作面上隅角，降低该区域的瓦斯浓度。

3.3 安装风障

风障的主要目的是降低端口处进入采空区的风量，常在端口支架前方3~5米范围内安装一道Z型风障，风障的一端与支架的顶梁相固定，另一端可与巷帮固定。该道Z型风障一方面降低了端头处风流进入采空区的可能，另一方面又起到了引导空气流动的作用。

3.4 设计空气自动引流系统

为进一步降低综采工作面上隅角瓦斯积累情况，可设计空气自动引流装置，在综采工作面上进行安置，主要包括信号交换站，连锁开关，地面监控系统，空气引流器，瓦斯监测装置等部分组成。该系统可大体分为地上部分和地下部分，其中地上部分主要有工业互联网连接的信号交换器及远程监控系统，地下部分包括井下信号交换站及其连接的plc控制柜，上隅角部分安装的瓦斯监控装置及其周围的空气引流装置，控制部分和空气引流部分有连锁开关连接。

瓦斯监控装置在综采工作面处瓦斯体积分数高于1%触发，并将监控的数据上传至plc终端控制部分，终端发出“开启”指令，通过连锁开关控制为空气引流装置供电，空气引流装置通电后开启强制通风，排除上隅角去累积的瓦斯。在强制通风开启一段时间后，瓦斯监控装置不断的进行瓦斯浓度监测，当其低于0.50%时，再次将采集到的信号上传至plc控制部分，终端发出“关闭”指令，并通过连锁开关断开空气引流装置的电源，空气引流装置停止工作，完成一个循环。

3.5 安装瓦斯尾巷

瓦斯尾巷主要针对于综采工作面短时间瓦斯快速涌出的情况，通常情况下，在回风巷10米距离内施工一条专用的瓦斯排出尾巷，瓦斯排出尾巷通过联络巷与施工巷相连。这样就可以在回采工作过程中，在工作面上搭建一条“L+U”型的通风系统。该通风系统可借助于自然压差，排出上隅角处积累的瓦斯，大大降低综采工作面上隅角瓦斯累积及爆炸的概率。

安装瓦斯尾巷的主要优点是充分发挥了自然通风和自然压差的作用，及时排出上隅角处累积的瓦斯，瓦斯排出效果好，使用较少的设备达到瓦斯治理目的，在高瓦斯作业面中应用较为广泛。其缺点是需要提前预留空巷，增加了空巷的支护难度。

3.6 控制上隅角处瓦斯浓度

通常情况下，降低上隅角处的瓦斯浓度，主要可采取瓦斯释放，下行通风，瓦斯抽取，改变回流工作面等多种方式，同时部分工作人员也提出使用俯向倾斜推进工作面控制方法，这其中改变通风方式和利用通风将瓦斯带向采空区深部是较为简便的上隅角处瓦斯浓度稀释措施，但是这种方式受周围环境变化影响较大，在瓦斯涌出量高于每分钟5立方的情况下效果较差。

3.7局部稀释手段

可在上隅角处装局部风扇或者是挡风帘，迫使更多的空气流经上隅角，将上隅角处累积的瓦斯带走，这种方式对于瓦斯涌出量较小，上隅角瓦斯浓度超出设定范围不多的情况较为适用。

4 结语

通过上文的分析，可以看到综采工作面的上隅角是采空区空气流动的漏风位置，极易形成瓦斯聚集，并引发爆炸等安全生产事故。与此同时，分析工作面上隅角的空间布局，可以看到在上隅角处容易形成涡流，导致聚集其中的瓦斯迟迟不能释放。综合来看，处理综采工作面上隅角瓦斯浓度超标的措施较多，各种措施都有其适用性和优缺点，在选用时应针对具体工况和瓦斯涌出浓度进行选择。

参考文献：

[1]程晨.综采工作面上隅角瓦斯治理技术措施[J].能源与节能,2020(06):17-18.

[2]武海林.低瓦斯矿井综采工作面上隅角瓦斯治理技术分析[J].内蒙古煤炭经济,2018(12):101-102.

作者简介：姓名：骆红灿（1991.11--）；性别：男，民族：汉，籍贯：贵州省正安县，学历：本科；现有职称：助理工程师；研究方向：煤矿一通三防、瓦斯治理。