瓦斯治理论文采矿学论文
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采煤工作面上隅角瓦斯治理研究
摘 要：分析了采煤工作面采煤过程中上隅角瓦斯产生的原因，阐述了采空区埋管抽放技术的工作原理。该技术成功的对采煤过程中上隅角产生的瓦斯进行了有效地治理，保证了采煤工作面的安全、稳定、高效的生产。
关键词：采煤工作面上隅角;瓦斯治理;应用 1 前言
鹤煤集团六矿位于鹤壁市北部，属中原煤化集团。2010年矿井瓦斯绝对涌出量为6.48m3/min。21431工作面位于14盘区下山下部的南翼，属-300水平，地面标高为+136.6m~+148.47m，工作面标高为-251m~-328m，开采二1煤层，平均厚度8.0m，工作面走向长度为840m，倾斜长度190m，煤层倾角平均7°，可采储量902538t。采高控制在3.8~4.0m。采用走向长壁后退式综合机械化采煤法，全部跨落法来管理顶板。
开采初期，21431工作面上隅角瓦斯在0.9%左右徘徊，瓦斯超限情况时有发生，给矿井安全生产带来较大隐患。因此，要顺利回采21431综采工作面，必须对上隅角瓦斯进行有效治理，在对21431工作面上隅角瓦斯超限原因进行针对性分析后，经过现场试验和摸索，最终确定采用采空区埋管抽放技术，对工作面的上隅角瓦斯进行了有效地治理，取得了较好现场效果，保证了采煤工作面安全、高效、稳
定地生产。
2 21431工作面上隅角瓦斯超限的原因
21431采煤工作面上隅角瓦斯超限主要由本煤层瓦斯涌出和采空区瓦斯涌出造成的。 2.1 本煤层瓦斯涌出
采煤机在破煤过程中，煤层的原有应力平衡被破坏，在煤壁前方的煤体内，产生3个应力带（见图1），即卸压带、集中应力带和原始应力带。在卸压带（长度一般为3～5m）中，煤层的透气性增大，地应力与瓦斯压力都大大降低，大量吸附在煤层中的瓦斯都沿着煤层的裂隙释放到工作面，从而导致工作面瓦斯涌出量增加。 1-煤壁；2-底板；3-液压支架；4-垮落的顶板。 2.2 采空区瓦斯涌出
采空区瓦斯流动可大体划分3个带（如图2所示），Ⅰ涌出带（距切眼0～20m）、Ⅱ过渡带（距切眼20～40m）和滞留带（距切眼40m外）。在涌出带中，采空区丢煤和卸压邻近层解吸的瓦斯向工作面和采空区排放，进入涌出带的瓦斯流动速度较快，多以层流形式存在，且这部分瓦斯几乎全部被工作面风流和采空区的漏风流携带到回风道内从而导致工作面上隅角的瓦斯浓度增大。另外漏风大小与工作面供风量大小及支架位置和工作面通风方式有关，随着工作面的推进，采空区进入过渡带，过渡带的瓦斯在工作面和采空区的压差作用下，一部分进入工作面，一部分暂时或永远滞留在采空区内，该区域瓦斯
流动速度明显下降。流动呈现不均衡性，处于层流、紊流交错阶段；而进入滞留带时，释放采空区内的瓦斯一般滞留在采空区的深部，流动速度较低。上述3个带不是固定不变的，随着工作面的推进向前移动，采空区瓦斯涌出三带出现“浪涌”现象。 Ⅰ－涌出带；Ⅱ－过渡带；Ⅲ－滞留带。
涌出带、过渡带、和滞留带的范围，受煤层开采条件特别是开采高度、顶板岩性和采空区瓦斯涌出源供给情况等因素的影响，同时，由于受工作面风流和采空区漏风的影响，各带中的瓦斯浓度也各不相同，滞留带最高，过渡带次之，涌出带最低。采空区内顶板浓度高于地板瓦斯浓度；采面采用上行通风时，采空区上部（回风侧）瓦斯浓度比下部高。
3 采空区埋管抽放技术的工作原理及应用
针对在21431采煤工作面采煤过程中瓦斯涌出量增大的难题，我矿积极探索瓦斯抽放新工艺、新方法，采取了在21431工作面的上隅角向采空区实施埋管抽放技术，有效地治理了工作面的瓦斯，保证了工作面的安全生产。
3.1 采空区埋管抽放技术的工作原理
采空区埋管抽放技术是沿21431回采工作面的回风巷的上帮敷设一条Ф150mm的瓦斯抽放管4，瓦斯管路每隔9m设一个Ф150mm三通3,每个三通开口位置都朝上并用堵板堵死防止漏气；在瓦斯抽放管的外部分别安装一个Ф150mm的阀门2和孔板流量计1，可以方便
的打开和关闭抽放管，并能测量抽放管内瓦斯浓度、负压、流量等技术参数；在21431上顺槽准备十几根长1.5m，直径为150mm的花管6（该花管一端带法兰盘，另一端用铁板堵牢、焊死，然后在管壁上每间隔50mm打一个Ф10mm的小孔，由于孔较多所以叫花管，其主要作用是抽放瓦斯并防止发生堵管现象）。随着工作面的推进，当瓦斯管的三通到达上隅角时把三通上的堵板打开，把花管加上，然后在花管周围打上一个木垛5防止顶板垮落把花管砸坏，最后放顶将花管埋入采空区，埋管的有效长度一般为20-50m，埋管后抽放采空区的瓦斯，每个三通到上隅角时都重复上述工序，如此反复抽放从而达到降低采空区及上隅角瓦斯的目的。图3为21431工作面埋管抽放采空区瓦斯方法示意图。
埋管抽放口的位置对瓦斯抽放浓度等具有重要影响，当抽放口的位置距21431工作面切顶线很近时，由于通过采空区的绝大部分流线汇集于抽放口，抽放浓度不高。研究表明，采空区瓦斯浓度的分布规律一般为，沿工作面的推进方向呈驼峰状，其峰顶距工作面约为20～30m；沿工作面倾斜方向是在回风巷侧瓦斯最高如图4所示。因此埋管抽放口应当始终工作面相距20～30m。 3.2 采空区埋管抽放设备
上述抽放管利用井下移动泵站带抽，瓦斯泵用CBF510-200型水环式真空泵，该泵额定流量为200m3/min，功率250KW，完全能满足采空区埋管抽放的需要。抽放队定期安排人员检查处理抽放管放
水、漏气，并及时观测抽放管内的瓦斯浓度、负压、流量等技术参数。 4 采空区埋管抽放的实验及效果分析
2010年8月中旬采一队初次进入21431工作面采煤时其上隅角瓦斯浓度经常保持在0.9%左右，并时有超限现象发生，严重影响了21431工作面的安全生产。2010年8月下旬，该矿开始在21431工作面采用采空区埋管抽放技术以来瓦斯抽放效果十分明显，抽放队安排放水人员在21431上顺槽测量Ф150㎜抽放管内负压内负压、浓度等技术参数时发现管内负压一般保持在35.3～39.6Kpa之间，瓦斯浓度一般保持在12%～17%之间。实施采空区埋管抽放技术后，9月中旬以后在该工作面采煤时，上隅角的瓦斯浓度已降至0.3%～0.4%，此后观察抽放管内瓦斯浓度至今没有反弹，保证了21431工作面的安全、稳定、高效生产，收到了良好的社会与经济效益。 参考文献
［1］徐永圻.采矿学［M］.北京：中国矿业大学出版社，2003. ［2］沈广辉.采空区瓦斯分布规律及瓦斯抽采方法的研究［J］.工矿自动化,2009.
