姜華

[摘 要]上隅角作為采煤工作面采空區(qū)的漏風處，極易造成瓦斯積聚，對工作面的安全生產構成嚴重威脅，制約著礦井的正常生產，通過對采面上隅角瓦斯積聚的成因、來源及分布規(guī)律的研究，分析了影響回采工作面上隅角瓦斯涌出因素，提出了解決回采工作面上隅角瓦斯積聚處理的方法。

[關鍵詞]上隅角；瓦斯積聚；治理措施

中圖分類號：TH813 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2017）32-0000-01

1 上隅角瓦斯積聚成因、來源

（1）采煤工作面通常采用U型通風系統(tǒng)，工作面的上隅角，容易積聚瓦斯，同時隨著采煤工作面逐漸推進，新鮮煤壁不斷暴露，在礦山壓力的作用下使前方煤體處于卸壓帶，煤層的透氣性隨之增大，瓦斯涌出量也隨著增加，同時采落下來的煤炭中不斷釋放瓦斯，導致工作面回采空間內瓦斯涌出量增加，同時瓦斯的密度相對于空氣較輕，有利于煤層中涌出的瓦斯向采煤工作面上隅角積聚。

（2）臨近煤層受采動影響往往會形成較多的裂隙，涌出的瓦斯大部分經上隅角進入主采層，風速較小，同時上隅角處于負壓狀態(tài)，會使瓦斯提高鄰近層的裂隙向主采層工作面的上隅角涌出。

（3）從采空區(qū)內部煤炭中釋放出來。它可分為四方面：一是采空區(qū)內上、下兩道煤壁受采動影響，表面的煤炭片幫垮落，露出深部的煤層；另外，煤壁的裂隙進一步向深部發(fā)展，形成新的瓦斯涌出通道，造成深部瓦斯涌入采空區(qū)；二是采空區(qū)的遺煤；三是分層開采，下分層的卸壓煤層瓦斯涌出；四是放頂落煤過程中落煤的卸壓瓦斯能涌出。

2 采空區(qū)瓦斯分布規(guī)律

采空區(qū)內的瓦斯分布取決于采空區(qū)內部的風流運動規(guī)律、瓦斯擴散運動規(guī)律及瓦斯上浮運動規(guī)律的綜合作用。采空區(qū)內的風流運動可分為三個區(qū)域，即紊流區(qū)域、層流區(qū)域和靜止區(qū)域。它們的分布，在走向方向，從切頂線往采空區(qū)深部分為紊流區(qū)、層流區(qū)，最后是靜止區(qū)；從底板往頂部分布規(guī)律是紊流區(qū)、層流區(qū)，最高的是靜止區(qū)。各區(qū)域的空間大小與流入采空區(qū)的風量大小、煤層傾角、頂板巖性、工作面長短等因素有關。紊流區(qū)的瓦斯運動規(guī)律主要決定于風流運動和瓦斯上浮運動；層流區(qū)的瓦斯由風流運動、瓦斯上浮運動和瓦斯分子擴散運動作用，靜止區(qū)的瓦斯運動規(guī)律主要由分子擴散運動和瓦斯上浮運動作用。瓦斯?jié)舛仍诓煽諈^(qū)內形成一種相對穩(wěn)定的動態(tài)平衡的濃度梯度，從切頂線往采空區(qū)深部方向及底板往頂部裂隙帶方向瓦斯?jié)舛葷u漸變大，在采空區(qū)內存在一個等濃度的曲面梯度。

3 影響上隅角瓦斯涌出因素

采煤工作面上隅角涌出量的大小是自然因素、開采技術條件和通風因素等綜合因素的結果，采煤工作面瓦斯的主要來源臨近煤層和采空區(qū)，其次時回采過程中暴露的煤壁，因此主要分析一下因素對上隅角瓦斯涌出量的影響。

（1）煤層和圍巖瓦斯含量是一下上隅角的決定性因素，煤層中瓦斯含量越高，瓦斯的涌出量就越大，瓦斯的涌出速度也隨之增加。

（2）煤層的開采深度的增加相對于瓦斯涌出量也隨之增高，臨近煤層與圍巖中所涌出的瓦斯量比開采煤層增加的要快，易造成上隅角瓦斯積聚。

（3）放炮工序。放炮時對采煤工作面上隅角瓦斯涌出主要包括：放炮時產生的爆轟沖擊采空區(qū)，破壞采空區(qū)風流紊流區(qū)及靜止區(qū)的平衡，將采空區(qū)的瓦斯帶入上隅角；放炮時會產生大量瓦斯，同時在放炮落煤期間，工作面的通風斷面減小，阻力增加，經過采空區(qū)的風流增加，使上隅角瓦斯增高。

（4）風流方向。回采工作面大多采用上行式通風方式，風流從進風側流向回風側時，風流方向先向里，后轉向，最后向外流出，瓦斯呈現(xiàn)向回風側流動的趨勢，瓦斯?jié)舛仍龈?，同時工作面進風瓦斯?jié)舛容^小，回風側瓦斯?jié)舛容^大，這是由于回風側瓦斯?jié)舛鹊脑黾觼碜圆煽諈^(qū)瓦斯的流入，瓦斯運動到頂板和采空區(qū)的上部，將瓦斯導入工作面上隅角，造成瓦斯升高。

（5）煤層傾角

煤層傾角對回采工作面上隅角瓦斯涌出影響主要有三個方面。一是煤層傾角不同采空區(qū)頂板活動規(guī)律不一樣，導致采空區(qū)冒落范圍、形狀不同，隨著煤層傾角變大，采空區(qū)內的風流靜止區(qū)域變小，瓦斯儲存量降低，造成采空區(qū)的瓦斯涌出量增加；另一方面，對瓦斯涌出量變化的緩沖能力降低，造成采空區(qū)瓦斯涌出濃度變化頻繁。二是煤層傾角變大改變了采空區(qū)瓦斯儲存方式，煤層傾角小時采空區(qū)內的矸石不發(fā)生下滑移動，較均勻地分布在采空區(qū)內，采空區(qū)內的瓦斯也均勻地儲存在采空區(qū)矸石縫隙空間內，整個采空區(qū)的通風阻力均勻分布，采空區(qū)瓦斯涌入工作面的穩(wěn)定性好；當煤層傾角變大時，采空區(qū)內的矸石穩(wěn)定性變小，下滑移動趨勢變大，當煤層傾角大于安息角時，采空區(qū)內的矸石滑移到采空區(qū)下部，上部形成空洞，瓦斯主要儲存到采空區(qū)的空洞中，空洞內的瓦斯對放炮爆轟波、采空區(qū)頂板冒落的沖擊波影響比較敏感，采空區(qū)瓦斯涌入工作面的穩(wěn)定性變差。三是煤層傾角變大，改變了采空區(qū)內的瓦斯?jié)舛忍荻龋垢邼舛鹊耐咚菇咏ぷ髅娴纳嫌缃?，加大了采空區(qū)內高濃度瓦斯向上隅角逸散速度?？傊簩觾A角變大，對回采工作面上隅角的瓦斯管理帶來不利的影響。

4 上隅角瓦斯治理措施

（1）稀釋上隅角瓦斯?jié)舛取?/p>

稀釋上隅角瓦斯?jié)舛仁菍⑿迈r風流引入到采煤工作面上隅角，把瓦斯稀釋帶走。采用此種方法時根據瓦斯涌出量大小、巷道布置、通風方式等情況決定，當工作面上隅角瓦斯?jié)舛群屯咚狗e聚速度較大時，可在工作面老塘側設置風障，增大通過上隅角的風量，改變上隅角瓦斯渦流狀態(tài)，降低瓦斯?jié)舛?，排除上隅角瓦斯積聚，防止瓦斯超限。

（2）采前抽放，降低煤層瓦斯含量

降低煤層瓦斯含量措施主要有本煤層瓦斯抽放、鄰近煤層瓦斯抽放和保護層開采卸壓強化抽放等技術措施。經瓦斯抽放后，煤層的瓦斯含量大幅度下降，回采時瓦斯涌出總量減少，相應的涌向采空區(qū)和上隅角的瓦斯就少。

（3）改變通風方式，消除上隅角瓦斯

消除上隅角措施主要有改變工作面通風系統(tǒng)，如采用“Z”、“Y”和“W”型通風，工作面留尾巷，下行通風。這些方法一般適用于煤層瓦斯含量不高，回采工作面瓦斯絕對涌出量在5m3/min以下時，通過與加大風量配合使用效果比較好。但對有煤層自燃發(fā)火的回采工作面對防治自燃發(fā)火不利。

（4）上隅角瓦斯抽放

上隅角埋管抽放。由于上隅角容易產生瓦斯積聚造成瓦斯超限，因此在靠近上隅角的三角區(qū)采用煤袋垛實，并用黃泥將存在的縫隙封實，利于抽放瓦斯，然后采用軟膠管插入上隅角并與大管徑抽放管路連接，保證抽放效果。

（5）煤層注水。

回采過程中瓦斯易從煤壁及采落下地煤炭中釋放瓦斯，加強煤層注水，使煤體保持濕潤，是降低瓦斯涌出量的關鍵環(huán)節(jié)。

采煤工作面上隅角積聚瓦斯的治理，首先要根據工作面巷道布置情況、瓦斯涌出情況、上隅角附近支護狀況等情況，因地制宜選擇一種合適的方法或幾種方法聯(lián)合起來綜合治理。

5 結論

（1）當采煤工作面瓦斯絕對涌出量大于5m3/min時，僅采用通風方法處理上隅角瓦斯效果不顯著。應采取預抽煤層瓦斯或上隅角埋管、穿層鉆孔等措施，或幾種措施根據實際情況聯(lián)合使用。

（2）當采煤工作面瓦斯絕對涌出量在3～5m3/min時，改變采區(qū)布置方式，回采工作面選用“Z”或“Y”型通風方法處理上隅角瓦斯效果好。

（3）采煤工作面上隅角瓦斯積聚和超限嚴重制約著煤礦的安全生產，因此要根據采煤工作面上隅角瓦斯超限和積聚原因，制定合理有效的防治瓦斯超限措施，保證工作面安全生產。

參考文獻

[1] 趙鐵錘，袁亮.煤礦總工程師技術手冊.北京：煤炭工業(yè)出版社，2010.

[2] 王巖森，馬立強，等.礦壓顯現(xiàn)對工作面瓦斯涌出規(guī)律影響分析[J].煤礦安全，2004，（11）.

[3] 俞啟香.礦井瓦斯防治[M].徐州：中國礦業(yè)大學出版社，1992.endprint