成喜順

(大同煤礦集團(tuán)挖金灣煤業(yè)公司，山西 大同 037042)

1 概述

回采工作面通風(fēng)系統(tǒng)分為U型、Z型、Y型、W型等多種通風(fēng)系統(tǒng)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在我國現(xiàn)階段，大多數(shù)煤礦采用的是U型通風(fēng)系統(tǒng)。采用這種通風(fēng)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是，回采工作面不用沿空留巷，采用后退式開采，可以減少向采空區(qū)的漏風(fēng)；但是，同時(shí)也存在一個(gè)顯著的缺點(diǎn)，在工作面上隅角處易積聚瓦斯。下面就對此問題所產(chǎn)生的原因及處理方法展開論述。

2 上隅角瓦斯積聚的原因

2.1 工作面上隅角為工作面與采空區(qū)回風(fēng)流匯集處

在U型通風(fēng)方式下，進(jìn)入工作面的風(fēng)流分為兩部分：一部分沿工作面流動；另一部分進(jìn)入采空區(qū)，在采空區(qū)內(nèi)部沿一個(gè)扇形區(qū)域流動。最后，這兩股風(fēng)流經(jīng)過工作面上隅角匯入回風(fēng)順槽。也就是說，上隅角是工作面及采空區(qū)風(fēng)流的匯集處，瓦斯含量較高。U型通風(fēng)采煤工作面風(fēng)流分布，如圖1所示。

可見，進(jìn)入采空區(qū)的風(fēng)流，經(jīng)過與采空區(qū)內(nèi)的氣體交換后逐漸返回工作面，并與工作面回風(fēng)流交匯于上隅角處。所以，工作面上隅角處瓦斯含量較高。

圖1 工作面風(fēng)流分布圖

2.2 工作面上隅角容易形成渦流

經(jīng)過長期現(xiàn)場觀察，根據(jù)分析得知，工作面上隅角處風(fēng)流速度很低，局部處于渦流狀態(tài)(如圖2所示)。這種渦流使工作面及采空區(qū)涌出的瓦斯難以進(jìn)入到主風(fēng)流中，從而使高濃度瓦斯在隅角附近循環(huán)運(yùn)動而聚集在渦流區(qū)中，形成了隅角的瓦斯超限。

3 上隅角瓦斯超限的防治方法

針對上隅角瓦斯超限的情況，通常的防治方法有四種，即：設(shè)置上隅角臨時(shí)擋風(fēng)簾;提高工作面供風(fēng)量;設(shè)置采空區(qū)風(fēng)幛;安設(shè)專用抽出式風(fēng)機(jī)?，F(xiàn)分別進(jìn)行分析。

圖2 采煤工作面上隅角渦流

3.1 設(shè)置采面隅角擋風(fēng)簾

如圖3所示，當(dāng)工作面上隅角出現(xiàn)瓦斯超限時(shí)，在靠近上隅角處掛一擋風(fēng)簾，使之將工作面的風(fēng)流一分為二，利用風(fēng)簾引導(dǎo)較多的風(fēng)流流經(jīng)隅角，以稀釋高濃度瓦斯。風(fēng)幛可采用軟質(zhì)風(fēng)筒布制作，長度一般不小于10m。

圖3 上隅角擋風(fēng)簾示意圖

某礦8810面在生產(chǎn)過程中，出現(xiàn)了隅角瓦斯異常的現(xiàn)象，CH4和CO2濃度分別達(dá)到2%和5%,于是在隅角附近加設(shè)了一道擋風(fēng)簾。根據(jù)現(xiàn)場觀測發(fā)現(xiàn)，采用擋風(fēng)簾后，隅角的CH4和CO2濃度很快降到1%以下；但是，由于擋風(fēng)簾的存在，使采煤機(jī)割煤、隅角附近支、回柱、上出口行人、運(yùn)料受到很大的影響，往往出現(xiàn)擋風(fēng)簾被破壞而失去作用的現(xiàn)象，導(dǎo)致隅角瓦斯?jié)舛扔趾芸焐叩匠逎舛纫陨?。這樣反復(fù)操作的結(jié)果，必然使隅角瓦斯?jié)舛群龈吆龅?，極不穩(wěn)定，形成了安全生產(chǎn)的一大隱患。同時(shí)，擋風(fēng)簾的存在，增大了工作面的通風(fēng)阻力，使工作面的風(fēng)量降低。

因此，這種防治方法可靠性較差，效果不理想，只能作為臨時(shí)性的應(yīng)急措施。當(dāng)采面隅角出現(xiàn)較長時(shí)間的超限時(shí)，這種方法很不可靠。

3.2 增大回采工作面風(fēng)量

工作面風(fēng)流對隅角渦流區(qū)積聚瓦斯的驅(qū)散，主要靠工作面風(fēng)流與隅角瓦斯積聚區(qū)間的空氣的對流和主風(fēng)流的擴(kuò)散作用。經(jīng)過長時(shí)間的現(xiàn)場觀察發(fā)現(xiàn)，在工作面正常供風(fēng)的情況下，靠有限速度的風(fēng)流來驅(qū)散隅角渦流積聚區(qū)的高濃度瓦斯是不可能的。工作面采用增大風(fēng)量的辦法，雖然可使隅角積聚區(qū)風(fēng)流與工作面主風(fēng)流的對流作用加大，但是隨著風(fēng)量的提高，負(fù)壓增大，采空區(qū)的風(fēng)流速度加大，使采空區(qū)的瓦斯流線延深，加強(qiáng)了風(fēng)流與采空區(qū)內(nèi)的瓦斯的交換。若采空區(qū)內(nèi)存在其它漏風(fēng)通道，則會增大此漏風(fēng)量?？傊粼龃蟛擅骘L(fēng)量，會使風(fēng)流攜帶出的瓦斯量增大。

根據(jù)參考資料，某礦8810工作面開采時(shí)，8808面為相鄰的上工作面，己開采完且封閉。當(dāng)采面推到與8808面聯(lián)絡(luò)巷位置時(shí)，由于密閉墻體被壓壞，導(dǎo)至8808面采空區(qū)內(nèi)的高濃度瓦斯涌入8810面，使該面上隅角瓦斯?jié)舛冗_(dá)到1.1%。工作面正常配風(fēng)量為500m3/min,為稀釋隅角的高濃度瓦斯，將工作面風(fēng)量提高到850 m3/min。經(jīng)測定，隅角的瓦斯?jié)舛冉档?.9%,僅下降了0.2%。

可見，單靠增大采面風(fēng)量的辦法，難以有效地處理上隅角積聚的瓦斯。同時(shí)，風(fēng)量過大又具有以下缺點(diǎn)：①造成鄰近采掘工作面的供風(fēng)量下降，影響礦井通風(fēng)系統(tǒng)的穩(wěn)定；②使采面風(fēng)流中的粉塵濃度增加，惡化工作面的工作環(huán)境，增大防塵工作的難度；③工作面風(fēng)量過大，容易使巷道內(nèi)的風(fēng)速超過《煤礦安全規(guī)程》的規(guī)定，影響礦井的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化達(dá)標(biāo)。

3.3 設(shè)置采空區(qū)風(fēng)幛

根據(jù)采面隅角瓦斯超限的原因可知，若能減少進(jìn)入采空區(qū)的風(fēng)量，則可減少采空區(qū)的瓦斯涌出量，使隅角避免出現(xiàn)瓦斯超限。如圖4所示，在工作面采空區(qū)一側(cè)，沿切頂排從工作面一出口到隅角設(shè)置風(fēng)幛，這樣就可最大限度地減少進(jìn)入采空區(qū)的漏風(fēng)量。尤其是在工作面出口處，由于風(fēng)流進(jìn)入工作面時(shí)在此處直射采空區(qū)，所以應(yīng)保證此區(qū)段的風(fēng)幛封堵嚴(yán)密。

可見，這種處理方法可從根本上減少采空區(qū)的瓦斯涌出量，但是由于風(fēng)幛位于采空區(qū)邊緣，采空區(qū)落下的矸石極易將風(fēng)幛破壞，造成風(fēng)幛漏風(fēng)增大；同時(shí)，由于風(fēng)幛隨著工作面向前推進(jìn)而逐漸前行，所以增大了工人的操作難度和工作量。

因此，這種方法受多種條件的制約，使用效果不太理想。

圖4 采空區(qū)風(fēng)幛示意圖

3.4 安設(shè)專用抽出式風(fēng)機(jī)

如圖5所示，當(dāng)采煤工作面隅角出現(xiàn)瓦斯超限時(shí)，安設(shè)一專用抽出式風(fēng)機(jī)，風(fēng)筒入口位于采面隅角。于是，在風(fēng)筒入風(fēng)口處形成一較大負(fù)壓區(qū)，工作面的主風(fēng)流由于壓差的作用會增大流經(jīng)隅角的風(fēng)量，以滿足風(fēng)機(jī)吸風(fēng)量的要求。這樣，隅角的高濃度瓦斯經(jīng)流過此處的工作面風(fēng)流的稀釋后進(jìn)入風(fēng)筒內(nèi)部，經(jīng)風(fēng)機(jī)排入回風(fēng)巷。這種處理方式具有以下優(yōu)點(diǎn)：

①采面隅角的高濃度瓦斯可盡快地進(jìn)入風(fēng)筒內(nèi)部，經(jīng)抽出式風(fēng)機(jī)排入回風(fēng)巷；②可增大隅角的風(fēng)量，及時(shí)沖淡此處的高濃度瓦斯；③由于風(fēng)筒體積小，占用空間小，可大大地減少工作面施工造成的影響；④在風(fēng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下，此種方式抽排隅角瓦斯是一個(gè)安全可靠的治理過程。

圖5 抽出式風(fēng)機(jī)安設(shè)示意圖

4 結(jié) 論

經(jīng)過以上分析，結(jié)合現(xiàn)場的實(shí)際情況，一旦采面隅角出現(xiàn)瓦斯超限的情況，應(yīng)遵循以下的處理原則：

(1)作為應(yīng)急性的措施，立即設(shè)置采面隅角擋風(fēng)簾；并盡快安設(shè)專用抽出式風(fēng)機(jī)，以替換擋風(fēng)簾。

(2)對與該工作面相關(guān)的所有封閉采空區(qū)的密閉進(jìn)行排查，封堵漏風(fēng)。

(3)在工作面隅角處及時(shí)回柱，嚴(yán)禁出現(xiàn)滯后回柱現(xiàn)象。

(4)若采空區(qū)漏風(fēng)過大，則應(yīng)在相應(yīng)的漏風(fēng)區(qū)域靠近采空區(qū)側(cè)沿切頂排敷設(shè)一趟風(fēng)幛，保證嚴(yán)密不漏風(fēng)。