採煤工作面上隅角瓦斯管理

2022-06-20 07:42:04 字數 3369 閱讀 2563

一、採煤工作面的通風方式

採煤工作面的通風方法有: 「u」型、「z」 型、「y」 型、「w」 型、「h」 型等多種,但我國絕大多數採煤工作面均採用「u」型通風方式。

「u」型通風條件下的採空區瓦斯流動場的規律:沿工作面推進方向,從工作面向採空區深部剖面看,採空區瓦斯呈現為乙個拋物線狀,從進風巷向回風巷剖面看,採空區瓦斯呈現為一元一次方程直線狀(在上隅角處最大)。

在這種通風方式下,進入工作面的風流分為兩部分,一部分沿工作面流動;另一部分進入採空區,在採空區內部沿一定的流線的方向流動,在工作面的後半部分,進入採空區的風流逐漸返回工作面。若工作面後方與鄰近煤層採空區或同一煤層未隔離的巷道相通,即採空區有漏風通道,則此風流會匯入工作面漏入採空區的風流中而流向工作面。

進入採空區的風流通過採空區,風流帶出瓦斯,逐漸返回工作面,最後匯集於採面上隅角,所以,工作面上隅角為採空區瓦斯流入工作面的匯合處。

二、採面上隅角的風流狀態是瓦斯超限的重要原因。

採面上隅角靠近煤壁和採空區側,風流速度很低,區域性處於渦流狀態。這種渦流使採空區湧出的瓦斯難以進入到主風流中,從而使高濃度瓦斯在上隅角附近迴圈運動而聚集在渦流區中,形成了上隅角的瓦斯超限。若工作面上隅角出現滯後回柱,除上隅角存在的渦流區外,在靠近切頂排處會出現微風區,採空區漏出的瓦斯在此處積聚,更容易形成上隅角的瓦斯超限。

三、採面上隅角處兩面壓差大小是瓦斯超限的一種原因

巷道風流中任一斷面都具有靜壓、位壓、動壓,三種壓力之和是全壓,全壓差的大小決定著風流的方向和速度,由於上隅角處兩面的靜壓和位壓是一樣的,風流速度不一樣,採煤工作面的風流到此轉彎,造成上隅角處風流速度變慢,上隅角兩面的風流速度差降低,此處風流速度大大減少,在上隅角處出現無速度差,甚至風流出現紊流。

四、防治上隅角瓦斯超限的方法

針對上隅角瓦斯超限的情況,通常的防治方法有十種,即:1、設定上隅角臨時擋風簾, 2、增大回採工作面風量3、設定採空區風幛, 4、安設專用抽排風機,4、高位抽放瓦斯, 6、建立採煤工作面尾排系統,7、改變通風方式等,現分別進行分析。

(1)設定採面上隅角擋風簾

當採煤工作面上隅角出現瓦斯超限時,在靠近採煤工作面上隅角處掛一擋風簾,使之將工作面的風流一分為二,利用風簾引導較多的風流流經上隅角,以稀釋高濃度瓦斯。風幛可採用軟質風筒布製作,長度一般不小於10m。這種方法主要是應用在上隅角瓦斯不大的地點,並且只能作為臨時措施。

這種方法實際上就是提高採面上隅角處兩面壓差,解決上隅角處渦流的問題。

(2)增大回採工作面風量

工作面風流對上隅角渦流區積聚瓦斯的驅散,主要靠工作面風流與上隅角瓦斯積聚區間的空氣的對流和主風流的擴散作用。經過長時間的現場觀察,發現在工作面正常供風的情況下,靠有限速度的風流來驅散上隅角渦流積聚區的高濃度瓦斯是不可能的。工作面採用增大風量的辦法,雖然可使上隅角積聚區風流與工作面主風流的對流作用加大,但是隨著風量的提高,負壓增大,採空區的風流速度加大,使採空區的瓦斯流線延深,加強了風流與採空區內的瓦斯的交換。

若採空區內存在其它漏風通道,則會增大此漏風量。總之,若增大採面風量,會使風流攜帶出的瓦斯量增大,同時,風量過大又有以下缺點:

a、造成鄰近採掘工作面的供風量下降,影響礦井通風系統的穩定;

b、使採面風流中的粉塵濃度增加,惡化工作面的工作環境,增大防塵工作的難度;

c、工作面風量過大容易使巷道內的風速超過《煤礦安全規程》的規定,影響礦井的質量標準化達標。

(3)設定採空區風幛

根據採面上隅角瓦斯超限的原因可知,若能減少進入採空區的風量,則可減少採空區的瓦斯湧出量,使上隅角避免出現瓦斯超限。在工作面採空區一側,沿切頂排從工作面一出口到上隅角設定風幛,這樣就可最大限度地減少進入採空區的漏風量。尤其是在工作面下出口處,由於風流進入工作面時在此處直射採空區,所以應保證此區段的風幛封堵嚴密。

這種處理方法可從根本上減少採空區的瓦斯湧出量,但是由於風幛位於採空區邊緣,採空區落下的矸石極易將風幛破壞,造成風幛漏風增大;同時由於風幛隨著工作面向前推進而逐漸前行,所以增大了工人的操作難度和工作量。這種方法受多種條件的制約,使用效果不太理想。只有當回採工作面上隅角積聚瓦斯湧出量不大(2~3m3/min)和 (4)安設專用抽排風機

(4)抽出式通風

使用抽出式無火花風機,上隅角瓦斯高濃度瓦斯經吸風器x進入硬質風筒y,使排放瓦斯風筒內瓦斯濃度不超限。瓦斯濃度不太高(3%以下)的情況下才能應用。

(5)高位抽放瓦斯

布孔方式:在工作面回風巷內直接布置鑽場,從頂板開孔,往工作面上方裂隙帶打鑽孔,抽放上鄰近層及其附近煤線中的瓦斯。工作面推進方向反向布置鑽孔,鑽場間距15m,每個鑽場打3個鑽孔,利用工作面前方煤體保護鑽孔,工作面回採到位時撤出。

回風巷安抽放瓦斯管,抽採空區的瓦斯,在採煤工作面上隅角處形成乙個負壓區,使採煤工作面上隅角處瓦斯向抽放管流動。

布孔引數:鑽孔設計依據兩個原則,一是鑽孔的終孔層位位於裂隙帶上部界限,二是鑽孔進入卸壓區的層位位於冒落帶頂部、裂隙帶下部界限以上。

根據礦壓理論,煤層開採後其頂底板岩層發生冒落移動,當上覆岩層下沉穩定後,上覆岩層採動裂隙區劃可分為「豎三帶」和「橫三區」,即採動區沿垂直方向由下往上劃分為冒落帶、裂隙帶和彎曲下沉帶; 沿工作面推進方向在工作面風巷和機巷區域分為煤壁支撐影響區、離層區和重新壓實區。隨著工作面不斷向前推進,沿工作推進方向上的「橫三區」隨之交替向前移動。

頂板抽放口最佳位置:法距位於垂直煤層頂板向上8~25m、(10~15m)(位於冒落帶頂部,裂隙帶下部),平距位於回風巷內錯 8~30m(8~17m)。具體礦井,要根據其實際綜合確定。

其中鑽孔的終孔位置,可以利用幾何知識,通過計算得到。

(6)建立採面尾排系統

沿工作面回風巷(採空區)鋪一趟非金屬的管子,可以使用水泥體。該管子與回風系統相連通(不是與採煤工作面的回風巷),在採煤工作面上隅角處形成乙個負壓區,使採煤工作面上隅角處瓦斯沿管子流向回風流。

(7)改變通風方式

我國煤礦的通風方式大部分採用上行風,由於採煤工作面湧出的瓦斯比空氣輕,其自然流動的方向和上行風的方向一致,在正常風速(大於0.5 ~0.8m/s)下,瓦斯可能出現分層狀流動和區域性的瓦斯積存,容易造成瓦斯上隅角積聚,下行風的方向與瓦斯自然流動方向相反,二者易於混合且不易出現瓦斯層狀流動和區域性積存的現象,能防止上隅角瓦斯積聚,但《煤礦安全規程》第一百一十五條規定,有煤(巖)與瓦斯(二氧化碳)突出危險的採煤工作面不得採用下行通風。

所以在運用下行通風時,必須慎重。

五、結論

經過以上分析,結合現場的實際情況,一旦採面上隅角出現瓦斯超限,立即在採面上隅角掛風簾、安擋風幛;增大工作面的進風量、調高工用面的壓差,檢查與該工作面相關的所有密閉是否漏風,若漏風及時進行封堵。上述方法不能解決問題,要盡快安設專用抽出式風機進行抽排。

上述方法都是臨時性急性的措施,治理上隅角瓦斯超限的主要方法應該是:高位抽放,尾排,上隅角瓦斯抽排。其根本方法是開採解放層,提前進行巷道抽排或預抽,使煤層瓦斯含量降到8m3/t以下,

六、綜上所述,工作面上隅角瓦斯檢查要不間斷進行(每班不少於8次),檢查地點要在工作面風流上隅角轉彎處以上,檢查範圍在距頂板20厘公尺處進行檢查。並將檢查結果填寫在班報手冊上,以備抽查。

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