姜華

[摘 要]上隅角作為采煤工作面采空區(qū)的漏風(fēng)處，極易造成瓦斯積聚，對(duì)工作面的安全生產(chǎn)構(gòu)成嚴(yán)重威脅，制約著礦井的正常生產(chǎn)，通過(guò)對(duì)采面上隅角瓦斯積聚的成因、來(lái)源及分布規(guī)律的研究，分析了影響回采工作面上隅角瓦斯涌出因素，提出了解決回采工作面上隅角瓦斯積聚處理的方法。

[關(guān)鍵詞]上隅角；瓦斯積聚；治理措施

中圖分類號(hào)：TH813 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2017）32-0000-01

1 上隅角瓦斯積聚成因、來(lái)源

（1）采煤工作面通常采用U型通風(fēng)系統(tǒng)，工作面的上隅角，容易積聚瓦斯，同時(shí)隨著采煤工作面逐漸推進(jìn)，新鮮煤壁不斷暴露，在礦山壓力的作用下使前方煤體處于卸壓帶，煤層的透氣性隨之增大，瓦斯涌出量也隨著增加，同時(shí)采落下來(lái)的煤炭中不斷釋放瓦斯，導(dǎo)致工作面回采空間內(nèi)瓦斯涌出量增加，同時(shí)瓦斯的密度相對(duì)于空氣較輕，有利于煤層中涌出的瓦斯向采煤工作面上隅角積聚。

（2）臨近煤層受采動(dòng)影響往往會(huì)形成較多的裂隙，涌出的瓦斯大部分經(jīng)上隅角進(jìn)入主采層，風(fēng)速較小，同時(shí)上隅角處于負(fù)壓狀態(tài)，會(huì)使瓦斯提高鄰近層的裂隙向主采層工作面的上隅角涌出。

（3）從采空區(qū)內(nèi)部煤炭中釋放出來(lái)。它可分為四方面：一是采空區(qū)內(nèi)上、下兩道煤壁受采動(dòng)影響，表面的煤炭片幫垮落，露出深部的煤層；另外，煤壁的裂隙進(jìn)一步向深部發(fā)展，形成新的瓦斯涌出通道，造成深部瓦斯涌入采空區(qū)；二是采空區(qū)的遺煤；三是分層開(kāi)采，下分層的卸壓煤層瓦斯涌出；四是放頂落煤過(guò)程中落煤的卸壓瓦斯能涌出。

2 采空區(qū)瓦斯分布規(guī)律

采空區(qū)內(nèi)的瓦斯分布取決于采空區(qū)內(nèi)部的風(fēng)流運(yùn)動(dòng)規(guī)律、瓦斯擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)規(guī)律及瓦斯上浮運(yùn)動(dòng)規(guī)律的綜合作用。采空區(qū)內(nèi)的風(fēng)流運(yùn)動(dòng)可分為三個(gè)區(qū)域，即紊流區(qū)域、層流區(qū)域和靜止區(qū)域。它們的分布，在走向方向，從切頂線往采空區(qū)深部分為紊流區(qū)、層流區(qū)，最后是靜止區(qū)；從底板往頂部分布規(guī)律是紊流區(qū)、層流區(qū)，最高的是靜止區(qū)。各區(qū)域的空間大小與流入采空區(qū)的風(fēng)量大小、煤層傾角、頂板巖性、工作面長(zhǎng)短等因素有關(guān)。紊流區(qū)的瓦斯運(yùn)動(dòng)規(guī)律主要決定于風(fēng)流運(yùn)動(dòng)和瓦斯上浮運(yùn)動(dòng)；層流區(qū)的瓦斯由風(fēng)流運(yùn)動(dòng)、瓦斯上浮運(yùn)動(dòng)和瓦斯分子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)作用，靜止區(qū)的瓦斯運(yùn)動(dòng)規(guī)律主要由分子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)和瓦斯上浮運(yùn)動(dòng)作用。瓦斯?jié)舛仍诓煽諈^(qū)內(nèi)形成一種相對(duì)穩(wěn)定的動(dòng)態(tài)平衡的濃度梯度，從切頂線往采空區(qū)深部方向及底板往頂部裂隙帶方向瓦斯?jié)舛葷u漸變大，在采空區(qū)內(nèi)存在一個(gè)等濃度的曲面梯度。

3 影響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、開(kāi)采技術(shù)條件和通風(fēng)因素等綜合因素的結(jié)果，采煤工作面瓦斯的主要來(lái)源臨近煤層和采空區(qū)，其次時(shí)回采過(guò)程中暴露的煤壁，因此主要分析一下因素對(duì)上隅角瓦斯涌出量的影響。

（1）煤層和圍巖瓦斯含量是一下上隅角的決定性因素，煤層中瓦斯含量越高，瓦斯的涌出量就越大，瓦斯的涌出速度也隨之增加。

（2）煤層的開(kāi)采深度的增加相對(duì)于瓦斯涌出量也隨之增高，臨近煤層與圍巖中所涌出的瓦斯量比開(kāi)采煤層增加的要快，易造成上隅角瓦斯積聚。

（3）放炮工序。放炮時(shí)對(duì)采煤工作面上隅角瓦斯涌出主要包括：放炮時(shí)產(chǎn)生的爆轟沖擊采空區(qū)，破壞采空區(qū)風(fēng)流紊流區(qū)及靜止區(qū)的平衡，將采空區(qū)的瓦斯帶入上隅角；放炮時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量瓦斯，同時(shí)在放炮落煤期間，工作面的通風(fēng)斷面減小，阻力增加，經(jīng)過(guò)采空區(qū)的風(fēng)流增加，使上隅角瓦斯增高。

（4）風(fēng)流方向?；夭晒ぷ髅娲蠖嗖捎蒙闲惺酵L(fēng)方式，風(fēng)流從進(jìn)風(fēng)側(cè)流向回風(fēng)側(cè)時(shí)，風(fēng)流方向先向里，后轉(zhuǎn)向，最后向外流出，瓦斯呈現(xiàn)向回風(fēng)側(cè)流動(dòng)的趨勢(shì)，瓦斯?jié)舛仍龈?，同時(shí)工作面進(jìn)風(fēng)瓦斯?jié)舛容^小，回風(fēng)側(cè)瓦斯?jié)舛容^大，這是由于回風(fēng)側(cè)瓦斯?jié)舛鹊脑黾觼?lái)自采空區(qū)瓦斯的流入，瓦斯運(yùn)動(dòng)到頂板和采空區(qū)的上部，將瓦斯導(dǎo)入工作面上隅角，造成瓦斯升高。

（5）煤層傾角

煤層傾角對(duì)回采工作面上隅角瓦斯涌出影響主要有三個(gè)方面。一是煤層傾角不同采空區(qū)頂板活動(dòng)規(guī)律不一樣，導(dǎo)致采空區(qū)冒落范圍、形狀不同，隨著煤層傾角變大，采空區(qū)內(nèi)的風(fēng)流靜止區(qū)域變小，瓦斯儲(chǔ)存量降低，造成采空區(qū)的瓦斯涌出量增加；另一方面，對(duì)瓦斯涌出量變化的緩沖能力降低，造成采空區(qū)瓦斯涌出濃度變化頻繁。二是煤層傾角變大改變了采空區(qū)瓦斯儲(chǔ)存方式，煤層傾角小時(shí)采空區(qū)內(nèi)的矸石不發(fā)生下滑移動(dòng)，較均勻地分布在采空區(qū)內(nèi)，采空區(qū)內(nèi)的瓦斯也均勻地儲(chǔ)存在采空區(qū)矸石縫隙空間內(nèi)，整個(gè)采空區(qū)的通風(fēng)阻力均勻分布，采空區(qū)瓦斯涌入工作面的穩(wěn)定性好；當(dāng)煤層傾角變大時(shí)，采空區(qū)內(nèi)的矸石穩(wěn)定性變小，下滑移動(dòng)趨勢(shì)變大，當(dāng)煤層傾角大于安息角時(shí)，采空區(qū)內(nèi)的矸石滑移到采空區(qū)下部，上部形成空洞，瓦斯主要儲(chǔ)存到采空區(qū)的空洞中，空洞內(nèi)的瓦斯對(duì)放炮爆轟波、采空區(qū)頂板冒落的沖擊波影響比較敏感，采空區(qū)瓦斯涌入工作面的穩(wěn)定性變差。三是煤層傾角變大，改變了采空區(qū)內(nèi)的瓦斯?jié)舛忍荻?，使高濃度的瓦斯接近工作面的上隅角，加大了采空區(qū)內(nèi)高濃度瓦斯向上隅角逸散速度?？傊?，煤層傾角變大，對(duì)回采工作面上隅角的瓦斯管理帶來(lái)不利的影響。

4 上隅角瓦斯治理措施

（1）稀釋上隅角瓦斯?jié)舛取?/p>

稀釋上隅角瓦斯?jié)舛仁菍⑿迈r風(fēng)流引入到采煤工作面上隅角，把瓦斯稀釋帶走。采用此種方法時(shí)根據(jù)瓦斯涌出量大小、巷道布置、通風(fēng)方式等情況決定，當(dāng)工作面上隅角瓦斯?jié)舛群屯咚狗e聚速度較大時(shí)，可在工作面老塘側(cè)設(shè)置風(fēng)障，增大通過(guò)上隅角的風(fēng)量，改變上隅角瓦斯渦流狀態(tài)，降低瓦斯?jié)舛?，排除上隅角瓦斯積聚，防止瓦斯超限。

（2）采前抽放，降低煤層瓦斯含量

降低煤層瓦斯含量措施主要有本煤層瓦斯抽放、鄰近煤層瓦斯抽放和保護(hù)層開(kāi)采卸壓強(qiáng)化抽放等技術(shù)措施。經(jīng)瓦斯抽放后，煤層的瓦斯含量大幅度下降，回采時(shí)瓦斯涌出總量減少，相應(yīng)的涌向采空區(qū)和上隅角的瓦斯就少。

（3）改變通風(fēng)方式，消除上隅角瓦斯

消除上隅角措施主要有改變工作面通風(fēng)系統(tǒng)，如采用“Z”、“Y”和“W”型通風(fēng)，工作面留尾巷，下行通風(fēng)。這些方法一般適用于煤層瓦斯含量不高，回采工作面瓦斯絕對(duì)涌出量在5m3/min以下時(shí)，通過(guò)與加大風(fēng)量配合使用效果比較好。但對(duì)有煤層自燃發(fā)火的回采工作面對(duì)防治自燃發(fā)火不利。

（4）上隅角瓦斯抽放

上隅角埋管抽放。由于上隅角容易產(chǎn)生瓦斯積聚造成瓦斯超限，因此在靠近上隅角的三角區(qū)采用煤袋垛實(shí)，并用黃泥將存在的縫隙封實(shí)，利于抽放瓦斯，然后采用軟膠管插入上隅角并與大管徑抽放管路連接，保證抽放效果。

（5）煤層注水。

回采過(guò)程中瓦斯易從煤壁及采落下地煤炭中釋放瓦斯，加強(qiáng)煤層注水，使煤體保持濕潤(rùn)，是降低瓦斯涌出量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

采煤工作面上隅角積聚瓦斯的治理，首先要根據(jù)工作面巷道布置情況、瓦斯涌出情況、上隅角附近支護(hù)狀況等情況，因地制宜選擇一種合適的方法或幾種方法聯(lián)合起來(lái)綜合治理。

5 結(jié)論

（1）當(dāng)采煤工作面瓦斯絕對(duì)涌出量大于5m3/min時(shí)，僅采用通風(fēng)方法處理上隅角瓦斯效果不顯著。應(yīng)采取預(yù)抽煤層瓦斯或上隅角埋管、穿層鉆孔等措施，或幾種措施根據(jù)實(shí)際情況聯(lián)合使用。

（2）當(dāng)采煤工作面瓦斯絕對(duì)涌出量在3～5m3/min時(shí)，改變采區(qū)布置方式，回采工作面選用“Z”或“Y”型通風(fēng)方法處理上隅角瓦斯效果好。

（3）采煤工作面上隅角瓦斯積聚和超限嚴(yán)重制約著煤礦的安全生產(chǎn)，因此要根據(jù)采煤工作面上隅角瓦斯超限和積聚原因，制定合理有效的防治瓦斯超限措施，保證工作面安全生產(chǎn)。

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