低瓦斯礦井大采高綜采工作面上隅角瓦斯治理研究

周昆鵬

(山西陽城陽泰集團西溝煤業有限公司，山西 晉城 048105)

1 礦井瓦斯的概述

礦井瓦斯是指在礦井下以甲烷為主的有毒、有害氣體的總稱，有時也單指甲烷氣體。瓦斯本身沒有毒性，但是由于比空氣輕，而且不能供給人類呼吸，當礦井內空氣中瓦斯濃度超過一定的限度時，就能致使人因窒息而死亡。而且，瓦斯有較強的滲透性，容易從礦井的臨近層穿過巖層在采空區放出。

礦井中的瓦斯可以根據瓦斯涌出量來進行劃分。根據相關規定，在一個礦井中，只要有一個煤層或是巖層發現瓦斯，該礦井就是瓦斯礦井。因此，就要嚴格的按照礦井瓦斯等級制度進行管理。根據瓦斯的涌出量，可以分為瓦斯礦井(低瓦斯礦井)和高瓦斯礦井。

1) 瓦斯礦井(低瓦斯礦井)是指礦井相對瓦斯涌出量小于或等于10 m3/t且礦井絕對瓦斯涌出量小于或等于40 m3/min的礦井。

2) 高瓦斯礦井是指礦井相對瓦斯涌出量大于10 m3/t或礦井絕對瓦斯涌出量大于40 m3/min的礦井。

2 上隅角瓦斯簡介

2.1 上隅角瓦斯的來源

在開采工作面上隅角靠近開采位置和采空區，在氣流經過開采工作面上端頭部的時候由于巷道發生大角度的垂直轉彎，使風速迅速降低，導致工作面風流不能吹到上隅角，或是造成局部地區產生氣體渦流，這種渦流使氣體在局部流動而無法帶走采空區和作業區的瓦斯氣體，從而在上隅角產生瓦斯的積聚，形成了上隅角瓦斯。此外，在回采工作面附近的上隅角懸頂不能及時垮落也容易造成采空區瓦斯集聚到上隅角，也會形成上隅角瓦斯[1]。由于瓦斯的比重比較低，頂板處的瓦斯濃度會較高，如果沒有相應的措施加以預防和處理，很容易出現意外的瓦斯事故。

2.2 上隅角風流狀態分析

通過對一些煤礦礦井的實際分析，我們發現，在礦井回采面上隅角臨近煤壁與采空區的一側，會造成通風風速降低甚至局部渦流。使采空區內涌出和匯集再次的瓦斯氣體難以進入回采面的主通風風道之中，其造成的后果就是瓦斯氣體在上隅角附近形成循環流動，瓦斯濃度隨著時間不斷聚集和增加，最終形成危險。采面隅角風流狀態，如圖1所示。

圖1 采面隅角風流狀態

3 預防和減少上隅角瓦斯的方法

要預防和消除上隅角瓦斯，要多方面的采取措施和方法。常用的措施有從主動處理和被動處理兩個方面。

3.1 主動處理方法

主動處理上隅角瓦斯的方法是對上隅角瓦斯進行預防性的處理，主要方法有如下兩種。

3.1.1 超前退錨加頂板預爆裂法

這種方法的原理是通過爆破和超前退錨的方法來確保上隅角的頂板能夠隨著開采工作面的推進及時的垮落，從而達到預防和消除上隅角瓦斯產生的目的[2-3]。

這種預防方法，一般要通過采用預先切縫進行爆破，在局部范圍內切斷頂板應力的傳遞，從而很好的保護巷道頂板的完整。

3.1.2 超前移架法

超前移架的方法，其原理是將上隅角前移的同時，還要確保工作面的風流能夠進入上隅角，并且加大上隅角的風量，吹出上隅角的瓦斯，從而消除在上隅角產生瓦斯的聚集。

3.2 上隅角瓦斯的被動處理方法

針對上隅角瓦斯的被動治理方法可以有很多種方法，比如設置上隅角臨時擋風簾，設置采空區縱向風障，高位抽放瓦斯，上隅角埋管抽放，開采工作面安裝局部通風機，安裝專業抽排風機，增大回采工作面的風量，改變通風量等。下面對其中常用的幾種做以下詳細的介紹[4]。

3.2.1 上隅角設置擋風簾

由于通風氣流通過上隅角附近會出現渦流，而且上隅角的風速較低，導致上隅角瓦斯難以進入到主要通風氣流當中。因此，可以在工作面上端設置臨時擋風簾來改變氣流方向，迫使一部分氣流經過上隅角區域，帶走上隅角的瓦斯，減少上隅角瓦斯的聚集。而且，設置擋風簾還可以改變上隅角的渦流狀態，使瓦斯更容易得到稀釋，防止瓦斯出現超限的情況。

在具體工作中，上隅角瓦斯擋風簾可以使用軟質風筒布。但是這種方法只是臨時措施，也只適用于上隅角瓦斯涌出量不大的情況。如果工作面瓦斯涌出量較大的時候，這種辦法無法使瓦斯濃度降低到安全范圍內，就要采取處理效果更好的鉆孔抽排法和上隅角埋管抽排法等更加安全妥善的辦法。

3.2.2 在回采工作面設置縱向風障

上隅角高濃度瓦斯控制還可以通過風障控制氣流不向著采空區漏風，而使風流向著回采工作面通過，從而有效的組織采空區的瓦斯向上隅角聚集。具體的設置方法在實際操作中也比較簡單易行，就是沿著回采工作面徑向使用風筒布風障。風障的頂部用鐵絲與頂梁固定，下部與地板相接，并用煤矸石等物壓實，保證隔離效果[5-6]。

但是，由于風障距離采空區很近，容易被頂板掉落的矸石損壞。并且由于工作面需要不斷的推進，風障也要不斷的跟進，這就會增加額外的工作量。

3.2.3 高位鉆孔抽采瓦斯以及上隅角埋管抽放瓦斯

這兩種方法的本質都是通過直接排出瓦斯來進行上隅角瓦斯治理，是既治標又治本的治理方法。這種方法通過合理的設計，向工作面上方的裂隙帶鉆孔，通過優化鉆孔的位置，實高位抽采瓦斯。如果高位鉆孔抽采也效果不大，還可以在回風巷道設置瓦斯抽放管，使采煤工作面的上隅角形成一個負壓區域，形成上隅角瓦斯向上隅角流動的情形，從而消除瓦斯的不良影響[7]。

3.2.4 其他通過增加或是改變通風量的方法

在開采工作面安裝局部通風機，安裝專業抽排風機，增大回采工作面的風量，改變通風量等方法都可以歸為這一類方法。其本質是通過增加或者改變通風設施，使回采工作面的通風量加大，消除上隅角的瓦斯聚集現象[6]。

4 某礦回采瓦斯治理效果分析

山西煤炭運銷集團陽城四侯煤業有限公司陽城縣西北約10 km處固隆鄉府底村一帶，行政區劃隸屬陽城縣固隆鄉管轄。礦井經歷過兩次資源整合，整合后隸屬山西煤炭運銷集團。該礦井田面積為11.830 1 km2，保有資源儲量62 350 kt批準開采3#、15#煤層，生產能力90萬t。礦井在現開采一采區內布置3105綜采工作面、3108進風順槽掘進面和3108回風順槽掘進面。其中3105綜采工作面為主采工作面。

4.1 開采初期的瓦斯治理

隨著開采工作面的不斷推進，在開采面以及上隅角瓦斯檢測設備數據顯示，其瓦斯濃度呈逐步上升趨勢，與回采前的預期情況基本一致。為了開采的順利進行和安全生產，在綜合考慮之后，采取了增加工作面風量與上隅角風障結合的方式來降低開采工作面和上隅角瓦斯聚集的情況。

在這里，采取的措施是增加了上隅角風障和工作面的風量50%。在這種治理措施的作用下，達到了良好的效果。瓦斯監測設備監測表明，降低了工作面瓦斯濃度50%以及上隅角瓦斯濃度40%的效果?？梢娊涍^這些措施，在減小瓦斯濃度的方面是卓有成效的，為安全生產帶來了有效的保障。

4.2 回采中后期

隨著開采工作的不斷進行，采挖工作面也不斷的推進。該礦在推進回采面到接近400 m的時候，上隅角檢測設備的顯示的瓦斯濃度經常達到極限值。再向前推進50 m后，瓦斯監測超限報警。在這種情況下，初期采取的上隅角風障和增加工作面風量的辦法已經難以對瓦斯的濃度起到有效的消解作用。經過分析，其原因主要有兩個方面：其一是采空區面積不斷增加，遺留在采空區的煤炭瓦斯在緩慢的釋放。其二是工作面臨近層圍巖瓦斯的大量涌出。因此要對初期的治理措施加以改進，在井下又設置了移動瓦斯抽放系統，專門負責采空區與上隅角的瓦斯抽排。

在增加移動瓦斯抽放系統后，專門對瓦斯濃度高的上隅角進行抽放。根據數據監測表明，在工作面風量不變或是小幅度減少的情況下，上隅角瓦斯的濃度減少了50%左右，工作面的瓦斯則可以基本保持不變。證明這樣的處理措施對上隅角瓦斯的處理是得當而且有效的。而且，在之后的回采工作中，檢測設備顯示的瓦斯濃度一直都在規定的安全范圍內。

5 結論

上隅角瓦斯的治理，關系到礦井正常的安全生產。本文對上隅角瓦斯來源進行了分析后，對常見的瓦斯治理辦法進行了介紹，并根據一個實際的開采情況進行了跟蹤分析。結果表明，常見的風障與增加風量能夠起到有效降低上隅角瓦斯濃度的目的，但是效果有限。如果瓦斯量過大，這樣的辦法效果是有限的，還要采取瓦斯抽放這樣的更加有效的措施來降低瓦斯濃度。最后，希望研究能為瓦斯礦井的上隅角瓦斯治理提供一點參考，為安全生產提供一些幫助。