浅谈工作面上隅角瓦斯治理技术研究与应用
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摘 要：随着社会的发展，我国的煤矿工程的发展也越来越迅速。煤炭产量逐年增加，煤矿开采条件逐渐复杂，不少工作面出现了瓦斯及有害气体超限现象，尤其是工作面上隅角出现瓦斯积聚超限现象。因此有必要加强上隅角瓦斯超限的治理，采取有效的上隅角瓦斯防治措施为煤矿的安全生产提供安全保障。
关键词：工作面；上隅角瓦斯；治理；超限
瓦斯事故是煤矿面临最严重的安全问题之一，随着我国矿井开采深部逐渐加深，发生瓦斯事故的矿井和煤层越来越多，同时我国煤矿复杂的地质环境和开采条件也是导致煤矿灾害事故多发的重要因素。随着煤矿机械化程度和生产能力的提高，大采高、长走向工作面造成采空区面积增大。采空区面积增大容易造成瓦斯积聚，尤其在采空区上隅角。瓦斯事故会造成设备损害和人员伤亡，严重影响矿井的安全生产。对于上隅角瓦斯积聚浓度超限时，必须采用合理的措施进行治理，保证矿井的安全生产。
1 工作面上隅角瓦斯超限的原因分析
我国大多数矿井采用U型通风。在这种通风方式下，进入工作面的大部分空气沿工作面流动，而进入采空区的一小部分空气沿采空区内的某一方向流动。如果工作面后部与邻近煤层的采空区相连，或与同一煤层的巷道隔离，则采空区内有漏风通道。当进入采空区的气流通过采空区时，气流将气体排出并逐渐返回工作面。最后，角点在工作面上堆积。因此，工作面拐角处是采空区气流进入工作面的交汇处。上角靠近煤壁和采空区侧面。风速很低，部分处于涡流状态。涡流使采空区排出的气体难以进入主流，使高浓度气体在上隅角涡流区循环聚集，形成上隅角超标准气体。
2 工作面上隅角瓦斯超限的处理方法
2.1 采煤工作面角窗
挡风玻璃布置在工作面拐角处。挡风玻璃安装在回流管旁边。当进入道路的空气通过工作面进入挡风玻璃时，挡风玻璃起到改变气流方向的作用，将气流引至工作面拐角处，然后从上拐角处排出气体。但该方法存在一些不足之处：由于受物料运输、行人、支架、立柱等因素的影响，挡风玻璃经常被损坏，进而失去其功能，导致上隅角气体浓度迅速上升到过量浓度，使工作区气体浓度达到F。ACE减少。
2.2 专用排风机安装
在工作面转角处安装矿井排风机的主要原理是在进水口处形成负压区。由于两侧的压力差，沿输送通道通过工作面的主氣流将增大，以满足风机排气量的需要。此时，当上隅角积聚的有害气体被稀释后排入回风巷时，上隅角的气体浓度保证在安全范围内。
3 上隅角瓦斯综合治理措施
3.1 高位钻孔抽采和上隅角埋管抽采的综合措施
煤层开采后，采空区上方形成了垂直的“三带”、“崩落带”、“裂隙带”和“弯曲沉陷带”。在开采作用下，煤层地质结构将不断变化，破坏了岩石压力的相对平衡。此时，天然气将从采空区流出，形成裂缝。根据研究表，高浓度气体聚集在空间裂隙带内。由于存在压差，这部分高浓度气流沿通道从工作面角部喷出，导致上角瓦斯超标。高水平钻井技术是通过产生负压改变采空区断裂带气流方向，使其流入采气系统，减少从原通道向工作面涌出的气体。根据气流的特点，即气流从高压侧流向低压侧的原理，上角埋管可降低工作面含气量。因为当气体在采空区流动时，它在水平方向上呈“O”形分布。同时增加了上隅角埋管开采方法，采用埋管开采采煤工作面上隅角瓦斯。上角设有用于低压吸入的吸入管。吸入管与吸入管的集气管相连，在上角形成负压区，使气体流向拐角处的吸入管。
3.2 高位钻孔抽采钻孔参数的确定
在工作面顶板进行钻孔抽采瓦斯，利用工作面由于矿压作用而产生的裂隙作为瓦斯排放通道来抽采采空区积聚的瓦斯。为了研究工作面采用高位钻孔瓦斯抽采最优的参数，采用FLUENT模拟软件对不同钻孔高度和不同钻孔数量瓦斯抽采结果进行数值模拟。
3.2.1钻孔高度对抽采效果的影响
在煤层顶板裂隙带中，分别设定2～4.5倍采高顶板钻孔，分析不同钻孔高度对采空区瓦斯抽采效果。对通过钻孔壁面的抽采瓦斯质量流量分数进行加权平均，可以得出钻孔抽采瓦斯浓度。在保证钻孔数量一定时，随着钻孔终孔高度的逐渐增加，钻孔抽采瓦斯浓度表现为抛物线形式，高位钻孔抽采瓦斯浓度呈现出先升高后降低的趋势。通过分析可以确定钻孔最合适的高度，根据工作面的采高，就可以得出抽采效果最优高度为工作面几倍采高。因此，工作面高位钻孔终孔最优高度就可以确定。
3.2.2 钻孔数量变化对抽采效果的影响
在钻孔终孔高度一定时，分析钻孔数量变化对抽采效果的影响。在工作面进风巷水平方向分别布置钻孔组，通过数值模拟来分析钻孔数量对瓦斯抽采效果。随着钻孔数量的增加，采空区内高瓦斯浓度区域逐渐减小，钻孔数量由1个开始逐渐增，通过增加钻孔数量来观测上隅角瓦斯治理效果，当治理效果最为明显时在上隅角附近形成一定的低瓦斯区域，此时确定钻孔数量。
4 结语
①简述了多种治理工作面上隅角瓦斯超限的处理方法；②确定4201工作面采用高位钻孔抽采技术时钻孔高度为4倍采高，每组钻场布置4个钻孔时，抽采效果最优；③对4201工作面上隅角瓦斯积聚问题采用高位钻孔抽采和上隅角埋管抽采的综合措施进行了抽采效果检验，结果表明采用以上措施避免了工作面上隅角区域瓦斯积聚，取得了良好的治理效果。
参考文献：
[1]钟智清.浅析采煤工作面上隅角瓦斯积聚原因及治理方法[J].能源与环境，2015，34（3）：35-36.
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