低瓦斯矿井大采高综采工作面上隅角瓦斯治理研究

周昆鹏

(山西阳城阳泰集团西沟煤业有限公司，山西 晋城 048105)

1 矿井瓦斯的概述

矿井瓦斯是指在矿井下以甲烷为主的有毒、有害气体的总称，有时也单指甲烷气体。瓦斯本身没有毒性，但是由于比空气轻，而且不能供给人类呼吸，当矿井内空气中瓦斯浓度超过一定的限度时，就能致使人因窒息而死亡。而且，瓦斯有较强的渗透性，容易从矿井的临近层穿过岩层在采空区放出。

矿井中的瓦斯可以根据瓦斯涌出量来进行划分。根据相关规定，在一个矿井中，只要有一个煤层或是岩层发现瓦斯，该矿井就是瓦斯矿井。因此，就要严格的按照矿井瓦斯等级制度进行管理。根据瓦斯的涌出量，可以分为瓦斯矿井(低瓦斯矿井)和高瓦斯矿井。

1) 瓦斯矿井(低瓦斯矿井)是指矿井相对瓦斯涌出量小于或等于10 m3/t且矿井绝对瓦斯涌出量小于或等于40 m3/min的矿井。

2) 高瓦斯矿井是指矿井相对瓦斯涌出量大于10 m3/t或矿井绝对瓦斯涌出量大于40 m3/min的矿井。

2 上隅角瓦斯简介

2.1 上隅角瓦斯的来源

在开采工作面上隅角靠近开采位置和采空区，在气流经过开采工作面上端头部的时候由于巷道发生大角度的垂直转弯，使风速迅速降低，导致工作面风流不能吹到上隅角，或是造成局部地区产生气体涡流，这种涡流使气体在局部流动而无法带走采空区和作业区的瓦斯气体，从而在上隅角产生瓦斯的积聚，形成了上隅角瓦斯。此外，在回采工作面附近的上隅角悬顶不能及时垮落也容易造成采空区瓦斯集聚到上隅角，也会形成上隅角瓦斯[1]。由于瓦斯的比重比较低，顶板处的瓦斯浓度会较高，如果没有相应的措施加以预防和处理，很容易出现意外的瓦斯事故。

2.2 上隅角风流状态分析

通过对一些煤矿矿井的实际分析，我们发现，在矿井回采面上隅角临近煤壁与采空区的一侧，会造成通风风速降低甚至局部涡流。使采空区内涌出和汇集再次的瓦斯气体难以进入回采面的主通风风道之中，其造成的后果就是瓦斯气体在上隅角附近形成循环流动，瓦斯浓度随着时间不断聚集和增加，最终形成危险。采面隅角风流状态，如图1所示。

图1 采面隅角风流状态

3 预防和减少上隅角瓦斯的方法

要预防和消除上隅角瓦斯，要多方面的采取措施和方法。常用的措施有从主动处理和被动处理两个方面。

3.1 主动处理方法

主动处理上隅角瓦斯的方法是对上隅角瓦斯进行预防性的处理，主要方法有如下两种。

3.1.1 超前退锚加顶板预爆裂法

这种方法的原理是通过爆破和超前退锚的方法来确保上隅角的顶板能够随着开采工作面的推进及时的垮落，从而达到预防和消除上隅角瓦斯产生的目的[2-3]。

这种预防方法，一般要通过采用预先切缝进行爆破，在局部范围内切断顶板应力的传递，从而很好的保护巷道顶板的完整。

3.1.2 超前移架法

超前移架的方法，其原理是将上隅角前移的同时，还要确保工作面的风流能够进入上隅角，并且加大上隅角的风量，吹出上隅角的瓦斯，从而消除在上隅角产生瓦斯的聚集。

3.2 上隅角瓦斯的被动处理方法

针对上隅角瓦斯的被动治理方法可以有很多种方法，比如设置上隅角临时挡风帘，设置采空区纵向风障，高位抽放瓦斯，上隅角埋管抽放，开采工作面安装局部通风机，安装专业抽排风机，增大回采工作面的风量，改变通风量等。下面对其中常用的几种做以下详细的介绍[4]。

3.2.1 上隅角设置挡风帘

由于通风气流通过上隅角附近会出现涡流，而且上隅角的风速较低，导致上隅角瓦斯难以进入到主要通风气流当中。因此，可以在工作面上端设置临时挡风帘来改变气流方向，迫使一部分气流经过上隅角区域，带走上隅角的瓦斯，减少上隅角瓦斯的聚集。而且，设置挡风帘还可以改变上隅角的涡流状态，使瓦斯更容易得到稀释，防止瓦斯出现超限的情况。

在具体工作中，上隅角瓦斯挡风帘可以使用软质风筒布。但是这种方法只是临时措施，也只适用于上隅角瓦斯涌出量不大的情况。如果工作面瓦斯涌出量较大的时候，这种办法无法使瓦斯浓度降低到安全范围内，就要采取处理效果更好的钻孔抽排法和上隅角埋管抽排法等更加安全妥善的办法。

3.2.2 在回采工作面设置纵向风障

上隅角高浓度瓦斯控制还可以通过风障控制气流不向着采空区漏风，而使风流向着回采工作面通过，从而有效的组织采空区的瓦斯向上隅角聚集。具体的设置方法在实际操作中也比较简单易行，就是沿着回采工作面径向使用风筒布风障。风障的顶部用铁丝与顶梁固定，下部与地板相接，并用煤矸石等物压实，保证隔离效果[5-6]。

但是，由于风障距离采空区很近，容易被顶板掉落的矸石损坏。并且由于工作面需要不断的推进，风障也要不断的跟进，这就会增加额外的工作量。

3.2.3 高位钻孔抽采瓦斯以及上隅角埋管抽放瓦斯

这两种方法的本质都是通过直接排出瓦斯来进行上隅角瓦斯治理，是既治标又治本的治理方法。这种方法通过合理的设计，向工作面上方的裂隙带钻孔，通过优化钻孔的位置，实高位抽采瓦斯。如果高位钻孔抽采也效果不大，还可以在回风巷道设置瓦斯抽放管，使采煤工作面的上隅角形成一个负压区域，形成上隅角瓦斯向上隅角流动的情形，从而消除瓦斯的不良影响[7]。

3.2.4 其他通过增加或是改变通风量的方法

在开采工作面安装局部通风机，安装专业抽排风机，增大回采工作面的风量，改变通风量等方法都可以归为这一类方法。其本质是通过增加或者改变通风设施，使回采工作面的通风量加大，消除上隅角的瓦斯聚集现象[6]。

4 某矿回采瓦斯治理效果分析

山西煤炭运销集团阳城四侯煤业有限公司阳城县西北约10 km处固隆乡府底村一带，行政区划隶属阳城县固隆乡管辖。矿井经历过两次资源整合，整合后隶属山西煤炭运销集团。该矿井田面积为11.830 1 km2，保有资源储量62 350 kt批准开采3#、15#煤层，生产能力90万t。矿井在现开采一采区内布置3105综采工作面、3108进风顺槽掘进面和3108回风顺槽掘进面。其中3105综采工作面为主采工作面。

4.1 开采初期的瓦斯治理

随着开采工作面的不断推进，在开采面以及上隅角瓦斯检测设备数据显示，其瓦斯浓度呈逐步上升趋势，与回采前的预期情况基本一致。为了开采的顺利进行和安全生产，在综合考虑之后，采取了增加工作面风量与上隅角风障结合的方式来降低开采工作面和上隅角瓦斯聚集的情况。

在这里，采取的措施是增加了上隅角风障和工作面的风量50%。在这种治理措施的作用下，达到了良好的效果。瓦斯监测设备监测表明，降低了工作面瓦斯浓度50%以及上隅角瓦斯浓度40%的效果。可见经过这些措施，在减小瓦斯浓度的方面是卓有成效的，为安全生产带来了有效的保障。

4.2 回采中后期

随着开采工作的不断进行，采挖工作面也不断的推进。该矿在推进回采面到接近400 m的时候，上隅角检测设备的显示的瓦斯浓度经常达到极限值。再向前推进50 m后，瓦斯监测超限报警。在这种情况下，初期采取的上隅角风障和增加工作面风量的办法已经难以对瓦斯的浓度起到有效的消解作用。经过分析，其原因主要有两个方面：其一是采空区面积不断增加，遗留在采空区的煤炭瓦斯在缓慢的释放。其二是工作面临近层围岩瓦斯的大量涌出。因此要对初期的治理措施加以改进，在井下又设置了移动瓦斯抽放系统，专门负责采空区与上隅角的瓦斯抽排。

在增加移动瓦斯抽放系统后，专门对瓦斯浓度高的上隅角进行抽放。根据数据监测表明，在工作面风量不变或是小幅度减少的情况下，上隅角瓦斯的浓度减少了50%左右，工作面的瓦斯则可以基本保持不变。证明这样的处理措施对上隅角瓦斯的处理是得当而且有效的。而且，在之后的回采工作中，检测设备显示的瓦斯浓度一直都在规定的安全范围内。

5 结论

上隅角瓦斯的治理，关系到矿井正常的安全生产。本文对上隅角瓦斯来源进行了分析后，对常见的瓦斯治理办法进行了介绍，并根据一个实际的开采情况进行了跟踪分析。结果表明，常见的风障与增加风量能够起到有效降低上隅角瓦斯浓度的目的，但是效果有限。如果瓦斯量过大，这样的办法效果是有限的，还要采取瓦斯抽放这样的更加有效的措施来降低瓦斯浓度。最后，希望研究能为瓦斯矿井的上隅角瓦斯治理提供一点参考，为安全生产提供一些帮助。