上隅角瓦斯积聚成因分析及治理方法.doc

上隅角瓦斯积聚成因分析及治理方法 [摘　要]　通过对回采工作面上隅角瓦斯积聚的成因、采空区瓦斯的来源及上隅角瓦斯浓度分布规律的研究，分析了影响回采工作面上隅角瓦斯涌出因素，提出了解决回采工作面上隅角瓦斯积聚处理的方法。 [关键词]　上隅角；采空区；瓦斯积聚；动态平衡 1　采煤工作面上隅角瓦斯积聚成因 煤体内有回风巷的U型通风系统工作面的上隅角，容易积聚瓦斯，因为近层涌出的瓦斯大部分经过这里，而这里风速又比较小。采空区漏风携带采空区瓦斯主要从工作面上隅角附近涌出，而上隅角附近又是风流出现涡旋的地点，工作面风流和采空区风流的传质过程较弱，从而导致回风流中瓦斯浓度较小、上隅角附近瓦斯浓度超限，如图所示。 图 U型通风系统工作面瓦斯浓度分布图 (3) 采煤工作面的少部分瓦斯由经流入采空区的风流带入采空区。 2.2　采空区瓦斯分布规律 采空区内的瓦斯分布取决于采空区内部的风流运动规律、瓦斯扩散运动规律及瓦斯上浮运动规律的综合作用。采空区内的风流运动可分为三个区域，即紊流区域、层流区域和静止区域。它们的分布，在走向方向，从切顶线往采空区深部分为紊流区、层流区，最后是静止区；从底板往顶部分布规律是紊流区、层流区，最高的是静止区。各区域的空间大小与流入采空区的风量大小、煤层倾角、顶板岩性、工作面长短等因素有关。紊流区的瓦斯运动规律主要决定于风流运动和瓦斯上浮运动；层流区的瓦斯由风流运动、瓦斯上浮运动和瓦斯分子扩散运动作用，静止区的瓦斯运动规律主要由分子扩散运动和瓦斯上浮运动作用。瓦斯浓度在采空区内形成一种相对稳定的动态平衡的浓度梯度，从切顶线往采空区深部方向及底板往顶部裂隙带方向瓦斯浓度渐渐变大，在采空区内存在一个等浓度的曲面梯度。 3　影响上隅角瓦斯涌出因素 回采工作面上隅角瓦斯涌出大小决定于自然因素、开采技术因素和通风因素的综合作用。这里着重讨论煤层倾角、放炮、放顶煤、回料和风向对回采面上隅角瓦斯涌出影响。 煤层倾角 煤层倾角对回采工作面上隅角瓦斯涌出影响主要有三个方面。一是煤层倾角不同采空区顶板活动规律不一样，导致采空区冒落范围、形状不同，随着煤层倾角变大，采空区内的风流静止区域变小，瓦斯储存量降低，造成采空区的瓦斯涌出量增加；另一方面，对瓦斯涌出量变化的缓冲能力降低，造成采空区瓦斯涌出浓度变化频繁。二是煤层倾角变大改变了采空区瓦斯储存方式，煤层倾角小时采空区内的矸石不发生下滑移动，较均匀地分布在采空区内，采空区内的瓦斯也均匀地储存在采空区矸石缝隙空间内，整个采空区的通风阻力均匀分布，采空区瓦斯涌入工作面的稳定性好；当煤层倾角变大时，采空区内的矸石稳定性变小，下滑移动趋势变大，当煤层倾角大于安息角时，采空区内的矸石滑移到采空区下部，上部形成空洞，瓦斯主要储存到采空区的空洞中，空洞内的瓦斯对放炮爆轰波、采空区顶板冒落的冲击波影响比较敏感，采空区瓦斯涌入工作面的稳定性变差。三是煤层倾角变大，改变了采空区内的瓦斯浓度梯度，使高浓度的瓦斯接近工作面的上隅角，加大了采空区内高浓度瓦斯向上隅角逸散速度。总之，煤层倾角变大，对回采工作面上隅角的瓦斯管理带来不利的影响。 放炮工序 回采工作面放炮工序对上隅角瓦斯涌出影响主要有以下几方面。一是放炮作业产生的爆轰波冲击采空区，破坏采空区风流的紊流区、层流区及静止区的相对平衡，将静止区、层流区的瓦斯带入工作面上隅角，使上隅角瓦斯浓度变大。二是放炮落煤时要释放出大量瓦斯，造成上隅角瓦斯浓度变高。三是放炮落煤后，使工作面的通风有效断面变小，通风阻力增加，造成流经采空区的风量变大，扩大了采空区紊流区域，使上隅角瓦斯涌出增高。 放顶煤工序 回采工作面放顶煤工序对上隅角瓦斯涌出影响主要有以下几方面。一是放顶煤过程使采空区内的瓦斯浓度升高，导致流经采空区风流带出的瓦斯含量变大，加快上隅角附近的高浓度瓦斯向上隅角逸散速度。二是放顶煤改变了采空区储存瓦斯空间，破坏了采空区风流三个区域的平衡，导致静止区和层流区的高浓度瓦斯进入紊流区被流经采空区的风流从上隅角带出。三是放顶煤造成采空区的空间增大，通风阻力降低，使流经采空区的风量比变大。 回料工序 回采工作面回料工序对上隅角瓦斯涌出的影响与放顶煤相近，不同之处在于，一是不产生大量瓦斯，二是在采空区通风阻力降低的同时，工作面的通风断面变小，通风阻力增加，流经采空区的风量比比放顶煤时还要大。 工作面风流方向 首先来分析风流大小、方向对采空区风流“三带”的影响。流经采空区的风流方向先向里、再转向、最后向外，形成弧状的路线，它的风速变化是采空区上、下两端的风速较大，中部风速小，这样就造成沿倾向方向采空区两端紊流范围大，中部小的规律，瓦斯浓度变化规律是进风侧低、回风侧高。瓦斯上浮运动到顶板后沿顶板正倾斜方向向上浮，大部分到顶部的裂隙带内，另一部分积聚到采空区上部。上行通风时，因上部紊流区变