三2-22021工作面上隅角瓦斯处理预案措施.doc

三2-22021工作面上隅角瓦斯处理方案措施编 制 人：袁广明审 核：总工程师：二0一一年九月二十日三2-22021工作面上隅角瓦斯处理方案措施概述随着采掘机械化程度的不断改进，采煤新技术的不断应用，工作面推进速度逐步加快，工作面生产能力也不断提高，有效地提高了劳动生产率，但同时导致瓦斯涌出量大幅度的增加。对于采用 “U”型通风的回采工作面，上隅角极易形成瓦斯积聚区，如果控制不好，很容易造成瓦斯超限现象，给安全生产带来重大隐患，如何采取安全有效的方法处理上隅角瓦斯，是目前我我矿亟待解决的技术问题。由于我矿三2-22021工作面采用“U”型通风方式，采空区瓦斯流动沿工作面推进方向，从工作面向采空区深部剖面看，采空区瓦斯呈现为一个抛物线状，从进风巷向回风巷剖面看，采空区瓦斯呈现为一元一次方程直线状(在上隅角处最大)。在这种通风方式下。进入工作面的风流分为两部分，一部分沿工作面流动；另一部分进入采空区，在采空区内部沿一定的流线的方向流动，在工作面的后半部分，进入采空区的风流逐渐返回工作面。若工作面后方与邻近煤层采空区或同一煤层未隔离的巷道相通，即采空区有漏风通道，则此风流会汇入工作面漏入采空区的风流中而流向工作面。可见，进入采空区的风流通过采空区，风流带出瓦斯，逐渐返回工作面，最后汇集于采面上隅角，造成上隅角处瓦斯浓度偏高，往往容易造成瓦斯超限。通过我矿现场对上隅角瓦斯超限防治取得的经验总结，结合周边矿井上隅角瓦斯超限防治的经验，提出以下治理方案：一、在正常配风情况下，如果回采工作面及回风流瓦斯浓度不超限，甚至基本接近为0，而上隅角瓦斯浓度较大，在超限浓度上下经常反复（1.5%），即频繁出现超限，但浓度一般也不超过2%左右，通常可采取以下几种办法及以解决：即：设置上隅角临时挡风帘；在上隅角附近设置风幛；增大回采工作面风量；设置采空区风幛；加强上隅角顶板管理，强制放顶，减少控顶面积；加强煤层注水与增打瓦斯释放眼。1、设置上隅角临时挡风帘设置上隅角临时挡风帘能增加上隅角段巷道断面风速。当采煤工作面上隅角出现瓦斯浓度增高时，在靠近采煤工作面上隅角处挂一挡风帘，使之将工作面的风流一分为二，利用风帘引导较多的风流流经上隅角，以稀释高浓度瓦斯。如图1图1 隅角挡风帘示意图1隅角 2.采空区 3.采煤工作面 4.回风巷 5.临时挡风帘2、在上隅角附近设置风幛在上隅角附近设置风幛可以提高采面上隅角处两面压差，解决上隅角处涡流的问题。风幛用软质风筒布制作，长度一般不小于10m。 3、增大回采工作面风量工作面风流对上隅角涡流区积聚瓦斯的驱散，主要靠工作面风流与上隅角瓦斯积聚区间的空气的对流和主风流的扩散作用。经过长时间的现场观察，发现在工作面正常供风的情况下，靠有限速度的风流来驱散上隅角涡流积聚区的高浓度瓦斯是不可能的。工作面采用增大风量的办法，虽然可使上隅角积聚区风流与工作面主风流的对流作用加大，但是随着风量的提高，负压增大，采空区的风流速度加大，使采空区的瓦斯流线延深，加强了风流与采空区内的瓦斯的交换。若采空区内存在其它漏风通道，则会增大此漏风量。总之，若增大采面风量，会使风流携带出的瓦斯量增大，同时，风量过大又有以下缺点：（1）造成邻近采掘工作面的供风量下降，影响矿井通风系统的稳定；（2）使采面风流中的粉尘浓度增加，恶化工作面的工作环境，增大防尘工作的难度；（3）工作面风量过大容易使巷道内的风速超过煤矿安全规程的规定，影响矿井的质量标准化达标。4、设置采空区风幛根据采面上隅角瓦斯增高的原因可知，若能减少进入采空区的风量，则可减少采空区的瓦斯涌出量，使上隅角避免出现瓦斯增高。在工作面采空区一侧，沿切顶排从工作面一出口到上隅角设置风幛，这样就可最大限度地减少进入采空区的漏风量。尤其是在工作面出口处，由于风流进入工作面时在此处直射采空区。所以应保证此区段的风幛封堵严密（针对炮采工作面）。可见，这种处理方法可从根本上减少采空区的瓦斯涌出量，但是由于风幛位于采空区边缘，采空区落下的矸石极易将风幛破坏，造成风幛漏风增大；同时由于风幛随着工作面向前推进而逐渐前行，所以增大了工人的操作难度和工作量。设置方法如图2图2采空区风幛示意图1.进风巷 2.回风巷 3.隅角 4.采空区 5.采空区风幛5、加强上隅角顶板管理，强制放顶，减少控顶面积对使用锚杆支护的回采顺槽，大力推广锚杆退锚技术，使用锚索的必须拆除，防止采空区后部大面积悬顶。顶板仍不能及时垮落的，对于工作面两顺槽出现的走向长度超过5 m以上的悬顶，采用循环式浅孔打眼放炮强制放顶，或加强对工作面两巷的回料管理，对工作面回风隅角超前回料，严禁滞后于采空区切顶线，减少控顶面积。也可使用快速密闭材料砌筑一道隔离墙，将两顺槽通向采空区的通道封闭。6、加强煤层注水与增打瓦斯释放眼抑制瓦斯涌出：煤层注水对瓦斯治理的作用，不仅表现在防治瓦斯突出方面，而且对降低瓦斯涌出量也表现了十分明显的效果。这是因为注水时高压水克服瓦斯压力后才是注水的有效压力，水改变了煤的力学性质，增加了煤的可塑性，降低了弹性模量，使应力分布均匀化，弹性能释放的速度变小，降低了释放的功率，水进入煤的孔隙，降低了瓦斯的排放。据兄弟单位对实行煤层注水工作面观测统计资料对比分析，上隅角瓦斯浓度平均下降了20左右。增打瓦斯释放眼有利于煤体中的瓦斯及时释放出，能够保证正常采煤期间的瓦斯不超限。二、上隅角瓦斯浓度较大，经常出现大大超出报警断电点以上（超2.5%），采取以上办法无法消除超限，可采取以下几种解决办法：即：安设风、水引射流风机；采煤工作面安装局部通风机；应用乳化液驱动风扇装置；采煤工作面上隅角实行埋管抽放隅角瓦斯；安设专用抽排风机；高位抽放瓦斯；改变通风方式。1、安设风、水引射流风机当采煤工作面上隅角出现瓦斯超限时，安设一台或几台风、水引射流风机，利用高压水、风联合作为动力，也可用高压水或风分别作为动力，形成一较大的负压区，工作面的主风流由于压差的作用会增大流经上隅角的风量，以满足风机的要求。这样，上隅角的高浓度瓦斯经流过此处的工作面风流的稀释后进入机巷，排入回风巷。这种处理方式具有以下优点： （1）采煤工作面上隅角的瓦斯可尽快地进入机巷内部，排入回风巷； （2）可增大采煤工作面上隅角的风量，及时冲淡此处的高浓度瓦斯； （3）由于风机体积小，占用空间小，移动方便，可大大地减少工作面施工造成的影响； （4）在风机正常运转的情况下，此种方式抽排采煤工作面上隅角瓦斯是一个安全可靠的治理过程。这种方法具有以下几点： （1）利用高压水、风作为动力，风、水引射流风机本身无机械运动部件，没有产生火花的隐患； （2）改变风、水压即可调整风量； （3）结构简单，安装移动方便；2、采煤工作面安装局部通风机在工作面内，距采煤工作面上隅角1015m的位置，安装一台5.5KW或22.2KW的小局扇，用胶质风筒将风引到回风上隅角，在采煤工作面上隅角位置形成正压区，通过局扇引入新鲜风流稀释采煤工作面上隅角瓦斯，使该处瓦斯浓度降到规定以下，该局扇随着工作面的前移而移动。3、应用乳化液驱动风扇装置瓦斯排放液压驱动装置由甲烷传感器、电源继电器箱、乳化液马达、防爆电磁球阀和风扇等几部分组成。其中风扇和乳化液马达为执行装置。小型风扇是用于处理综采工作面上隅角瓦斯积聚的主要设备，驱动力来源于乳化液泵站，运转状况受控于电源继电器箱。具体布置方法：将排风装置置于回风巷外侧煤壁一定高度的位置上，将风筒的入口延伸至上隅角的中心位置，风筒采用负压钢性风筒。见图3图3 上隅角瓦斯抽排装置布置示意4、对采煤工作面上隅角实行埋管抽放隅角瓦斯在上隅角处敷设2根1.5寸抽放管，采用低负压抽放，该抽放管与机巷抽放管路的集流管相连，这样在上隅角处形成一个负压区，使隅角处瓦斯向抽放管子流动，最后排到采区回风巷。 5、安设专用抽排风机对采空区瓦斯抽排主要采用瓦斯抽排风机和瓦斯抽放管路进行抽排，排放到采区回风巷进行瓦斯稀释，再利用矿井负压排至地面。瓦斯抽排风机主要用于煤矿井下含爆炸性物质(瓦斯和煤尘)环境，风机叶轮为塑料材料制成，阻燃和抗静电；风机电机安装在风机流道之外，消除了摩擦火花的产生和电气火花与乏风中瓦斯接触的机会，该机主要由YB160型隔爆电动机，外壳，前后叶轮，机座等组成。在回采工作面回风巷设置2台瓦斯抽排风机，实现“双瓦斯抽排风机”、“双专用供电电源”、“自动转换”、“自动抽排”，确保抽排工作的连续性。抽排风机前接负压管路，吸风口固定在回采工作面回风隅角顶板位置，并装设集风器，后接管路到采区回风巷。回采工作面直接抽排本煤层采空区瓦斯见图4。图4 回采工作面直接抽排本煤层采空区瓦斯(1)瓦斯抽排技术能从根本上排除采空区内积聚的瓦斯，减少采空区瓦斯涌出量，消除回采工作面瓦斯积聚。(2)抽排瓦斯风机(11kW)的抽出风量为150 m3min，正常抽出瓦斯浓度在1025 之间，抽出瓦斯量为1.5-3.75 m3min，可以通过采区回风巷风流进行瓦斯稀释，确保混合风流瓦斯浓度在1 以下。(3)专用抽排风机产生的负压，克服了回采工作面的通风负压，采空区内的瓦斯向抽排管路吸风口流动，消除了回采工作面上隅角的瓦斯积聚。(4)瓦斯抽排风机实现了“双瓦斯抽排风机”、“双专用供电电源”、“自动转换”、“自动抽排”，确保了抽排工作的连续性，保证了采空区瓦斯抽排的顺利进行。(5)使用瓦斯抽排技术后，消除了因瓦斯超限而造成的回采工作面停产，提高了日产量。同时消除了由于瓦斯给生产带来的事故隐患，具有可观的经济效益和社会效益。6、高位抽放瓦斯布孔方式：在工作面回风巷内直接布置钻场，从顶板开孔，往工作面上方裂隙带打钻孔，抽放上邻近层及其附近煤线中的瓦斯。工作面推进方向反向布置钻孔，钻场间距15m，每个钻场打3个钻孔，利用工作面前方煤体保护钻孔，工作面回采到位时撤出。回风巷安抽放瓦斯管，抽采空区的瓦斯，在采煤工作面上隅角处形成一个负压区，使采煤工作面上隅角处瓦斯向抽放管流动。布孔参数：钻孔设计依据两个原则，一是钻孔的终孔层位位于裂隙带上部界限，二是钻孔进入卸压区的层位位于冒落带顶部、裂隙带下部界限以上。根据矿压理论，煤层开采后其顶底板岩层发生冒落移动，当上覆岩层下沉稳定后，上覆岩层采动裂隙区划可分为“竖三带”和“横三区”，即采动区沿垂直方向由下往上划分为冒落带、裂隙带和弯曲下沉带； 沿工作面推进方向在工作面风巷和机巷区域分为煤壁支撑影响区、离层区和重新压实区。随着工作面不断向前推进，沿工作推进方向上的“横三区”随之交替向前移动。顶板抽放口最佳位置：法距位于垂直煤层顶板向上825m、（1015m）（位于冒落带顶部，裂隙带下部），平距位于回风巷内错 830m（817m）。具体矿井，要根据其实际综合确定。其中钻孔的终孔位置，可以利用几何知识，通过计算得到。此种处理方法的优点:(1) 井下临时瓦斯抽放系统安设方便实用,并且安全度高。(2) 高浓度瓦斯可由抽排泵直接排放到分区或总排风道中,经过总排风流稀释安全排放到地面。(3) 瓦斯抽放是解决上隅角瓦斯超限最好的方法,可大大提高矿井安全度。7、改变通风方式我国煤矿的通风方式大部分采用上行风，由于采煤工作面涌出的瓦斯比空气轻，其自然流动的方向和上行风的方向一致，在正常风速（大于0.5 0.8m/s）下,瓦斯可能出现分层状流动和局部的瓦斯积存，容易造成瓦斯上隅角积聚，下行风的方向与瓦斯自然流动方向相反，二者易于混合且不易出现瓦斯层状流动和局部积存的现象，能防止上隅角瓦斯积聚,但煤矿安全规程第一百一十五条规定，有煤（岩）与瓦斯（二氧化碳）突出危险的采煤工作面不得采用下行通风。所以在运用下行通风时，必须慎重。三、采面上隅角瓦斯处理新技术1、三相泡沫挤压工作面上隅角瓦斯采用三相泡沫技术，用三相泡沫挤占瓦斯占据的空间来降低瓦斯浓度，三相即水、灰、氮气，灰可采用黄泥、煤碳发电的炉渣等材料，水灰比 （质量比）1：4 ：1。该法具有处理速度快，效果明显的特点，这是发展的趋事。2、脉动通风技术脉动通风技术通风技术是利用风流的紊流扩散系数与风流脉动特性相关的理论，研制的一套技术可靠、经济合理且实用的脉动风机使用技术。在正常通风风流中叠加脉动风流，从而增加风流的紊流扩散系数，提高风流驱散局部积聚瓦斯的能力，从根本上解决回采工作面上隅角瓦斯积聚的问题。3、 GDS-1型瓦斯自动排放系统由煤科总院重庆分院研制的GDS-1型瓦斯自动排放系统，由抽出式无火花风机、瓦斯传感器、控制装置、调节风门、吸风器和若干风筒组成。主要结构如下图所示。上隅角瓦斯高浓度瓦斯经吸风器X进入硬质风筒Y，双级传感器检测调节风门K前后端风筒内的瓦斯浓度，由控制装置内的单片机根据瓦斯浓度值来确定调节风门开或关，以及开关角度的大小，从而改变掺入“新风”的风量，使排放瓦斯风筒内瓦斯浓度不超限。结论经过以上分析，结合现场的实际情况，一旦采面上隅角出现瓦斯超限，立即在采面上隅角挂风帘、安挡风幛；增大工作面的进风量、调高工用面的压差，