U型通风方式采煤面上隅角瓦斯积聚分析与处理方法
摘要 本文详细分析了一号煤矿U型通风方式采煤面上隅角瓦斯积聚的原因及其规律，有针对性的提出了防治工作面上隅角瓦斯积聚超限的具体措施，对防治采煤工作面上隅角瓦斯积聚超限工作有一定参考价值。
关键词 U型通风采煤工作面上隅角瓦斯积聚
黄陵矿业公司一号煤矿随着开采深度及强度的增加，矿井绝对瓦斯涌出量呈现逐年增大趋势。矿井采煤工作面采用U型通风，U型通风方式系统简单，便于通风管理，其最大的缺点是会在工作面上隅角形成涡流区，造成通风死角。加之上隅角是采空区瓦斯集中涌出通道，极易造成瓦斯积聚超限，严重制约了矿井的高产高效。本文在实践基础上分析了上隅角瓦斯积聚成因，提出了切实可行的处理方法。
1采煤工作面瓦斯来源及其浓度分布规律
采煤工作面瓦斯来源有两个方面，一是来自采煤工作面煤壁及采落的煤块；二是来自采空区。其中采空区瓦斯来自两个方面，一是来自采空区残留煤体，二是来自受采动影响的临近煤层和围岩。采煤工作面瓦斯浓度分布规律是：沿工作面倾斜方向从进风到回风流瓦斯浓度逐渐增大，在中下部增加梯度较小而慢，在工作面上部增加梯度较大而且较快；在垂直于煤壁的横断面上，瓦斯浓度总的变化趋势是从煤壁到采空区是“高—低—高”，但在不同生产工艺时不同断面上变化趋势不同，工作面上隅角瓦斯浓度高于工作面其他地方点，其中上隅角上部及煤壁瓦斯浓度最高。
2上隅角瓦斯积聚原因
上隅角瓦斯积聚的原因是多方面的，主要有以下几个方面。
2.1 采煤工作面的通风方式
一号煤矿采煤工作面采用的是U型通风方式，此种通风方式系统简单，便于通风管理，对了解煤层赋存情况、掌握矿井瓦斯发展规律较为有利。在U型通风条件下的采空区风流流动规律：风流从进风顺槽向工作面切眼流动，其中一少部分向采空区流动，大部分向工作面流动，从工作面向采空区深部剖析面看，采空区的漏风流流线呈现抛物线状（图一），从而带出了采空区深部的瓦斯，在工作面上隅角交汇，上隅角成为采空区瓦斯涌出通道，使上隅角处瓦斯浓度较高。
图一：采空区漏风流流线呈抛物线状
2.2 工作面上隅角的风流状态
采煤工作面上隅角靠近煤壁和采空区，风流经过工作面上端头时，由于巷道突然垂直转弯，使靠近煤壁的风速降低，工作面上隅角局部地区出现涡流现象，在附近出现风流循环流动现象，使采空区和工作面的瓦斯不容易被风流带走，从而使上隅角瓦斯容易发生积聚。由于瓦斯的比重比空气的低，所以从工作面上隅角的断面看，从顶板到底板呈现递减现象，顶板处瓦斯浓度较高，所以要加强此处的瓦斯管理，防止瓦斯事故的发生。
2.3 一号煤矿瓦斯涌出情况
一号煤矿瓦斯赋存极不均衡，现开采的三盘区、六盘区局部区域煤层瓦斯含量较大，掘进期间最大瓦斯涌出量达到9.2 m3/min，采煤工作面回采期间绝对瓦斯涌出量大于10 m3/min，最高达到25.4 m3/min，相对量达到8.5 m3/t，采煤工作面回风流瓦斯主要来源于工作面本煤层和采空区，通过监测数据表明，其中30%的瓦斯来自采煤工作面新暴露的煤体和割煤时的落煤；70%的瓦斯来自采空区。近几年随着矿井开采深度和强度不断增加，瓦斯涌出量逐年增大，截至2011年8月，矿井瓦斯绝对涌出量达到115 m3/min，相对涌出量为8.3 m3/t，矿井绝对瓦斯涌出量的不断增大促使采煤工作面上隅角瓦斯积聚程度更为明显。
3采煤工作面上隅角瓦斯积聚的处理方法
针对上隅角瓦斯积聚超限的成因，在分析论证的基础上一号煤矿主要采用了以下几种方法进行综合治理，取得了良好的效果，彻底解决了采煤面上隅角瓦斯积聚超限问题，实现了采煤面的安全生产。
3.1 上、下隅角截堵
使用编织袋装锯末、灰渣等材料将工作面上、下隅角截堵并充填严实，减少向采空区漏风和从采空区向上隅角涌出瓦斯。一号煤矿307综采工作面在未截堵前上隅角瓦斯涌出量为5m3/min～6m3/min，截堵后上隅角瓦斯涌出量为2 m3/min～3 m3/min，截堵效果明显。
3.2 上隅角埋管抽放
上隅角埋管抽放就是在上隅角用装锯末或灰渣编织袋垒挡风墙进行封堵后采用钢圈风筒穿过封堵墙伸进上隅角，连接在回风顺槽的负压抽放管路上，通过上隅角埋管抽放，在工作面上隅角处形成一个负压区，使该区域的瓦斯通过抽放管路被抽走（图二），避免因采空区瓦斯涌出而造成上隅角瓦斯超限事故的发生。此方法配合上、下隅角截堵共同使用效果良好，能有效降低上隅角瓦斯浓度。
图二：上隅角埋管抽放示意图
3.3 工作面配风合理
根据采空区瓦斯涌出量占采煤工作面瓦斯涌出总量70%的特点，对工作面进行合理配风，缩短采空区的漏风带宽度，以减少采空区瓦斯涌出量，从而降低上隅角瓦斯浓度，还能一定程度上降低采空区发火的几率。以一号煤矿307综采工作面为试验现场，经过多次实践，307高瓦斯综采面配风1100 m3/min～1300 m3/min为宜。
3.4 高位裂隙钻孔抽放
3.4.1 高位裂隙抽放原理分析
随着采煤工作面不断推进，后面采空区上方覆岩不断移动破坏，在竖直方向上通常形成“三带”，即冒落带、裂隙带、弯曲下沉带。煤层开采后，覆岩的裂隙及离层的分布状况将对瓦斯的流动产生很大的影响。根据分析采空区覆岩移动和瓦斯活动规律，裂隙带是邻近层和冒落区瓦斯的主要聚集区，有大量高浓度瓦斯，该部分瓦斯是导致上隅角瓦斯积聚超限的根本原因。同时，裂隙带发育充分，是抽放瓦斯的最佳层位，高位裂隙钻孔抽放就是通过在临近顺槽向生产工作面的采空区裂隙带施工瓦斯抽放钻孔，并利用发育成熟的裂隙作为通道来实现对整个采空区内瓦斯的抽放。高位裂隙抽放不仅可以拉动采空区内的瓦斯，促使瓦斯移动方向的改变，还可以切断采空区瓦斯涌向工作面上隅角的通道，从根本上降低上隅角瓦斯浓度。
3.4.2 高位裂隙钻孔布置参数
高位裂隙钻孔抽放方法就是在临近顺槽巷道向生产工作面施工高位裂隙钻孔抽采，即在与本工作面回风顺槽相邻的下一个工作面进风顺槽向本工作面施工高位钻孔，抽采生产工作面采空区裂隙带内的高浓度瓦斯。在分析研究煤层厚度、裂隙带高度、工作面顶板来压布距的基础上提出钻场及钻孔的布置参数。详细如下：高位裂隙抽放钻场间隔60米，每组布置7个扇形抽放钻孔，所有钻孔间距为1米，钻孔深度为90～110米，仰角为18°～21°，保证终孔位置位于采空区裂隙带，采用玛丽散封孔工艺，封孔长度不小于5米（图三）。从抽放效果来看，钻孔抽放瓦斯浓度为15%～25%之间，部分钻孔瓦斯浓度可达到40%以上。实践证明，实施高位裂隙抽放对治理上隅角瓦斯积聚起到了治本的作用。
图三： 高位裂隙抽放钻孔示意图
4总结
高瓦斯U型通风方式综采工作面上隅角瓦斯涌出量大是普遍存在的问题，不仅是一个安全问题，也是一个直接影响工作面产量和效益的问题。另外，由于综采工作面上隅角瓦斯涌出量不是固定不变的，它与矿井生产技术条件、通风方式、工作面地质构造等密切相关。大量实践表明，治理综采面上隅角瓦斯积聚必须依靠瓦斯抽放等先进技术和严格的管理才能有效。近几年，一号煤矿在上隅角瓦斯治理探索中形成了一套行之有效的综合治理方法，采用上、下隅角截堵、上隅角埋管抽放、合理调节风量、高位裂隙抽放等综合治理方法相结合，取得了良好的效果，使得综采面上隅角瓦斯浓度控制在0.1%～0.4%，远低于《煤矿安全规程》规定的1%，为综采面的安全顺利回采奠定了坚实的基础。
参考文献：
张法权.夹河煤矿采煤工作面上隅角瓦斯的涌出规律及防治措施.煤矿安全，2006.04
王文为，张瑞林，腻金胜.掘进工作面煤与瓦斯突出的原因及防治措施.煤，2001.10
黄伯轩.采场通风与防火.北京：煤炭工业出版社，1991
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