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采空区瓦斯涌出的分析与防治

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  摘要:矿井采空区是易于出现瓦斯积聚的场所,采空区瓦斯的大量涌出往往会给采煤工作面安全生产带来极大的威胁。在厚煤层分层开采中,工作面约有40%以上的瓦斯涌出量来自于采空区,因此,加强对采空区瓦斯涌出的治理也是煤矿瓦斯防治的重点。
  关键词:采空区;瓦斯;涌出;分析与防治
  矿井采空区是易于出现瓦斯积聚的场所,采空区瓦斯的大量涌出往往会给采煤工作面安全生产带来极大的威胁。在厚煤层分层开采中,工作面约有40%以上的瓦斯涌出量来自于采空区,因此,加强对采空区瓦斯涌出的治理也是煤矿瓦斯防治的重点。随着当前机械化采煤效率的不断提高,在长切眼、大采高的情况下,采空区面积不断增大,瓦斯涌出量增多,矿井瓦斯事故隐患问题也越发突出。采空区瓦斯的大量涌出很容易造成工作面,特别是上隅角区域瓦斯的积聚和频繁超限,严重威胁矿井安全生产,最终引发瓦斯中毒和爆炸等事故灾害,造成重大人员伤亡和财产损失。在矿井瓦斯防治工作中,应对采空区瓦斯涌出的特征和规律进行认真分析,采取封堵与抽排相结合的方式以消除采空区瓦斯涌出的隐患。
  1 采空区瓦斯的来源及危害
  采空区瓦斯来源包括以下几个部分:一是采空区遗留煤炭中残存的瓦斯;二是来自于采空区围岩及上下临近层涌入的瓦斯;三是未采分层中涌出的瓦斯。这几部分瓦斯按照各自的通道和涌出规律进入到采空区,汇集再一起,成为采空区瓦斯的主要来源。由此可以看出,采空区瓦斯的来源较广,涌出源数量较多,瓦斯积聚量一般较大。在采空区瓦斯大量积聚情况下,采空区瓦斯往往会被漏风由上隅角处带入到工作面以及生产巷道,进而导致上隅角处及工作面瓦斯超限;有时受开采扰动,顶板破坏或是通风系统变化的影响,邻近层瓦斯会大量涌入到采空区,并导致采空区气压升高并大于工作面气压,此时工作面与采空区之间的压力平衡被破坏,大量瓦斯会由采空区涌入到工作面,严重威胁工作面安全生产,甚至引发火灾、爆炸等重大事故。
  2 采空区瓦斯涌出特点和运移规律分析
  采空区瓦斯涌出特征主要与煤层构造和开采条件两方面有关。一般情况下,采空区与工作面压力大致处于一个平衡的状态,瓦斯大量积聚在采空区内,仅有小部分会因漏风而从上隅角处带出,进入工作面和巷道。控制漏风量和改善上隅角通风可有效降低采空区的瓦斯涌入量。在开采扰动引起临近煤岩体破碎和产生裂隙时,这些裂隙便成为了临近煤岩层瓦斯涌入的通道。在瓦斯向采空区积聚的过程中,瓦斯流动大致可分为“三带”,即涌出带、过渡带、滞留带。在回采推进的过程中,“三带”中瓦斯浓度也会随之发生变化,并出现以下特征和规律:
  2.1 涌出带
  通常位于距切眼20m范围内,该处瓦斯涌入特点是流速较快,多数以层流形式存在,尤其是在采空区遗煤和临近层瓦斯大量释放和涌入时,其浓度可达到15%左右。这部分瓦斯大部分会随工作面风流和采空区漏风进入到回风巷内。
  2.2 过渡带
  瓦斯从涌出带进入采空区后,流速会逐渐降低,在采空区内形成过渡带。过渡带相比涌出带瓦斯流速较慢,浓度含量通常在20%~30%范围内。过渡带内的瓦斯一部分会随漏风进入工作面,另一部分则继续滞留在采空区内,成为采空区内瓦斯积聚的主要来源。过渡带内瓦斯流速较慢且不均衡,局部处于紊流与层流交错的状态。
  2.3 滞留带
  距离切眼较远处为采空区滞留带,此区域瓦斯流速很低,瓦斯浓度也较高,可达到35%~50%。高浓度瓦斯一般呈静止状态积聚在采空区深部。
  3 采空区瓦斯的防治
  3.1 采空区瓦斯封堵
  一般情况下,采空区与工作面气压趋于平衡,采空区瓦斯主要通过漏风进入到工作面,采空区漏风越大,那么涌入工作面的瓦斯量越多,因此采取封堵的办法,通过减少漏风来控制采空区瓦斯的涌出使切实可行的。具体做法是在上隅角位置设置煤袋墙将工作面与采空区相隔绝,封堵住采空区瓦斯涌入工作面的通道,减少采空区瓦斯的涌出和降低工作面瓦斯浓度。封堵的办法适用于采空区与工作面气压趋于平衡的情况,如果采空区内气压过大,那么简单的封堵则难以凑效,采空区瓦斯还会从工作面上端裂隙和支架间隙等处涌出。
  3.2 采空区瓦斯的抽排
  瓦斯主要成分为甲烷,它既是危害煤矿安全生产的因素,同时也是一种可供抽采利用的清洁能源,通过抽排的办法将采空区瓦斯抽放排出并加以利用,既減少了瓦斯涌出对矿井安全生产的危害,同时也增加了能源利用效率,满足了人们日常生活对燃气的使用需求。目前针对煤矿瓦斯常用的抽排方法主要有密封抽排法、插管抽排法、钻孔抽排法等。回采工作面瓦斯抽放时,应确保采空区密闭,防止漏风,然后再进行插管抽放。或者是采取钻孔抽排的办法,在回风巷每隔数十米距离掘一个绕行巷道,以做为钻孔施工场所,向采空区上方打钻。当钻孔进入裂隙带后,将绕道封闭进行抽放。
  4 结语
  对煤矿瓦斯的防治是煤矿安全生产永恒的话题,对于采空区瓦斯防治,通过封堵与抽采相结合的办法可有效防止采空区瓦斯涌出,保障矿井安全生产。
  参考文献:
  [1]李岗.关于采空区瓦斯涌出量影响因素的分析[J].能源与节能,2017(9):40-41.
  [2]刘侃,朱鹏飞.气压变化影响采空区瓦斯涌出的分析[J].山东煤炭科技,2016(9):88-90.
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