新峪矿上隅角瓦斯治理及采空区漏风流场模拟研究.docVIP

新峪矿上隅角瓦斯治理及采空区漏风流场模拟研究 　　【摘要】随着经济的不断发展，社会生活对于煤炭资源的需求越来越大，大范围、高强度的煤炭资源开采，使得矿山之中出现了很多采空区。采空区的出现使得矿山之内经常会聚集大量的瓦斯，从而造成工作面及上隅角回风流的瓦斯超限，这种情况的出现不仅使煤矿开采工作无法正常继续下去，还会威胁到开采工人的生命安全。我结合实践工作经验，在本文中对上隅角的瓦斯治理方法进行分析，并对采空区漏风流场进行了模拟研究。 　　【关键词】煤炭开采；采空区；上隅角；瓦斯超限 　　煤炭是我国重要的能源之一，其对于我国经济的发展和社会进步有着重要的推动作用。随着经济的不断发展，社会对煤炭资源的需求量越来越大，为了满足社会发展对煤炭资源的需求，高产、高能、高效的煤炭开采方式得以研发，使得我国煤炭产业进入到了一个新的发展层次上。然而，在煤炭产业高速发展的背景下，高效的机械化采煤方法虽然实现了煤炭资源产量的增产，却也使煤矿出现了大面积的采空区，采空区的出现为瓦斯提供了一个良好的聚集地，因此煤矿采空区工作面上瓦斯超限的情况屡见不鲜，其中以采空区上隅角区域最为突出。此种情况的出现，不仅会影响矿井的正常生产，还为矿井的安全生产带来了隐患，极易造成爆炸、火灾等事故的出现。如何在保证高效生产的同时，实现对采空区及上隅角的超限瓦斯治理，是摆在煤矿生产企业面前的重要问题。 　　一、上隅角瓦斯的分布特点 　　瓦斯是煤矿开采过程中所产生的气体，采空区及上隅角之中之所以会出现瓦斯聚集的情况，与瓦斯在空气当中的扩散及上浮的运动规律有着很大的关系，当然矿井内的通风效果不好也是其中的重要原因。矿井内采空区可以分为紊流区、层流区和静止区三个区域层面，其层面的划分是根据矿井内部风流在采空区内运动状态的不同作为依据的。其分布顺序是则根据采矿工作面至采空区深部为顺序而依次排开的，即“紊流区→层流区→静止区”。如果按照自上而下的顺序来进行划分，则最上层为静止区，中间层为层流区，底层为紊流区。需要注意的是每个区域的大小及形状都不是以固定形式存在的，而是根据采空区的工作面长度、开采高度、通风能力以及顶板岩石性质等多方面原因而决定。根据区域层面的分布，采空区内的瓦斯浓度会有所变化，即紊流区瓦斯浓度最小，而静止区瓦斯浓度最大。由于不同区域的实际情况、状态都不尽相同，所以他们的瓦斯分布也有所不同： 　　1.1紊流区的瓦斯分布特点。紊流区的瓦斯分布特点及其运动规律，主要是由两方面因素来决定的：其一是采空区内的风流运动状态，即风量的大小、风速的快慢等等；其二是瓦斯自身所固有的上浮运动规律。 　　1.2层流区的瓦斯分布特点。层流区的瓦斯分布特点及其运动规律，主要是由三方面因素来决定，其中两个方面与紊流区内的因素相同，即采空区的风流状态和瓦斯上浮运动规律。第三方面则是瓦斯分子的自由扩散运动规律。 　　1.3静止区的瓦斯分布特点。静止区的瓦斯分布特点及其运动规律也是由两方面因素来决定的，这两方面因素分别是瓦斯上浮运动规律及瓦斯分子扩散运动作用。 　　二、上隅角采空区瓦斯的治理措施 　　2.1高位钻场抽放法。高位钻场抽放法是目前最常用的方法之一，因为该方法所抽出的气体瓦斯浓度比较高，能够有效地缓解上隅角瓦斯聚集的情况。该方法的工作原理及顺序如下：首先要在回采工作面和回风顺槽的工作面上开设切眼，使回采工作面形成了完整的回采系统；其次要在靠近回采煤体一侧的回风槽内沿倾斜方向向煤层及上部顶板内设置“T”形高位钻场若干个；再次，在高位钻场内向工作面后部的采空区内打出若干个抽放钻孔，根据瓦斯自身的上浮特点，瓦斯会聚集在采空区上部钻口周围的裂隙部分，在外界负压的作用下，采空区内聚集的瓦斯被抽出。 　　2.2高抽巷抽放法。高抽巷抽放法具有瓦斯抽放量大、抽放效果明显以及抽出瓦斯浓度稳定等优点。根据高抽巷抽放法的字面意义不难看出，该方法是在即将进行回采的煤层上部，选取一个距离适当的位置来开设一条巷道，根据开采地区内的岩石结构可以称之为岩巷。随着对煤层回采工作的逐渐推进，煤层之上的岩层会逐渐冒落，进而在采空区内形成冒落带。冒落带的出现实现了岩巷与采空区之间的连通，瓦斯会在自身的上浮特点的状态下聚集于采空区上部与岩巷相通的冒落带之上，在外界负压的作用下，采空区内聚集的瓦斯被抽出。值得一提的是高抽巷抽放法需要在岩巷内铺设一条管道，以用来对瓦斯进行抽放。 　　2.3尾巷抽放法。尾巷抽放法是在高抽巷抽放法基础上而出现的，其采用的是双巷布置，其中一个巷道为主巷道，一个巷道为瓦斯尾巷。相比高抽巷抽放法而言，这种双巷道抽放法的优点是可以在选取最佳的瓦斯抽放位置后，对采空区内的高浓度瓦斯实施强化性抽放，也就是说尾巷的存在能够使工作面内正常通风所形成的负压与瓦斯抽放负压之间形成一个平衡状态，实