“U”型通风方式采煤工作面隅角

“U”型通风方式采煤工作面隅角
瓦斯超限的处理方法
李成银  郭方群

1、"U"型通风系统采煤工作面瓦斯超限的原因
1. 1、采面隅角为采空区风流的汇合处
    我国绝大多数采煤工作面均采用“U”型通风方式。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。其采空区流线分布如图1所示。

    可见，进入采空区的风流通过在采空区内的气流交换过程，逐渐返回工作面，最后汇集于采面隅角，所以，工作面隅角为采空区瓦斯流入工作面的汇合处。
1.2、采面隅角的风流状态是瓦斯超限的重要原因（见图2、图3）

    经过长期现场观察，根据分析得知，采面隅角靠近煤壁和采空区侧，风流速度很低，局部处于涡流状态（如图2所示）。这种涡流使采空区涌出的瓦斯难以进入到主风流中，从而使高浓度瓦斯在隅角附近循环运动而聚集在涡流区中，形成了隅角的瓦斯超限。如图3所示，若工作面隅角出现滞后回柱，除隅角存在的涡流区外，在靠近切顶排处会出现微风区，采空区漏出的瓦斯在此处积聚，更容易形成隅角的瓦斯超限。
2、对四种防治隅角瓦斯超限方法的分析
    针对隅角瓦斯超限的情况，通常的防治方法有四种，即：设置隅角临时挡风帘，提高采面供风量，设置采空区风幛，安设专用抽出式风机。现分别进行分析。
2.1、设置采面隅角挡风帘

    如图4所示，当采面隅角出现瓦斯超限时，在靠近隅角处挂一挡风帘，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隅角，以稀释高浓度瓦斯。风幛可采用软质风筒布制作，长度一般不小于10m。
    某矿340W面在生产过程中，出现了隅角瓦斯异常的现象，CH4和C02浓度分别达到2%和5%,于是在隅角附近加设了一道挡风帘。根据现场观测发现，采用挡风帘后，隅角的CH4和C02浓度很快降到1%以下；但是由于挡风帘的存在，使采煤机割煤，隅角附近支、回柱，上出口行人、运料受到很大的影响，往往出现挡风帘被破坏而失去作用的现象，导致隅角瓦斯浓度又很快升高到超限浓度以上。这样反复操作的结果，必然使隅角瓦斯浓度忽高忽低，极不稳定，形成了安全生产的一大隐患。同时，挡风帘的存在，增大了工作面的通风阻力，使工作面的风量降低。
    因此，这种防治方法可靠性较差，效果不理想，只能作为临时性的应急措施。当采面隅角出现较长时间的超限时，这种方法很不可靠。
2. 2、增大回采工作面风量
    工作面风流对隅角涡流区积聚瓦斯的驱散，主要靠工作面风流与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。
    根据参考资料，某矿3203W工作面开采时，3202W面为相邻的上工作面，己开采完且封闭。当采面推到与3202W面联络巷位置时，由于密闭墙体被压坏，导至3202W面采空区内的高浓度瓦斯涌入3203W面，使该面隅角瓦斯浓度达到1.1%。工作面正常配风量为500m3/min,为稀释隅角的高浓度瓦斯，将工作面风量提高到850 m3/min。经测定，隅角的瓦斯浓度降到0.9%,仅下降了0.2%。
可见，单靠增大采面风量的办法难以有效地处理上隅角积聚的瓦斯。同时，风量过大又具有以下缺点：
（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。
2. 3、设置采空区风幛

    根据采面隅角瓦斯超限的原因可知，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，使隅角避免出现瓦斯超限。如图5所示，在工作面采空区一侧，沿切顶排从工作面一出口到隅角设置风幛，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。
    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。
    因此这种方法受多种条件的制约，使用效果不太理想。
2.4、安设专用抽出式风机

    如图6所示，当采煤工作面隅角出现瓦斯超限时，安设一专用抽出式风机，风筒入口位于采面隅角。于是，在风筒入风口处形成一较大负压区，工作面的主风流由于压差的作用会增大流经隅角的风量，以满足风机吸风量的要求。这样，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风筒内部，经风机排入回风巷。这种处理方式具有以下优点：
    （1）采面隅角的高浓度瓦斯可尽快地进入风筒内部，经抽出式风机排入回风巷；
    （2）可增大隅角的风量，及时冲淡此处的高浓度瓦斯；
    （3）由于风筒体积小，占用空间小，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，此种方式抽排隅角瓦斯是一个安全可靠的治理过程。
3、结论
    经过以上分析，结合现场的实际情况，一旦采面隅角出现瓦斯超限的情况，应遵循以下的处理原则：
    （1）作为应急性的措施，立即设置采面隅角挡风帘；并尽快安设专用抽出式风机，以替换挡风帘。
    （2）对与该工作面相关的所有封闭采空区的密闭进行排查，封堵漏风。
    （3）在工作面隅角处及时回柱，严禁出现滞后回柱现象。
    （4）若因现场主、客观原因造成采空区漏风过大，则应在相应的漏风区域靠近采空区侧沿切顶排敷设一趟风幛，保证严密不漏风。