大倾角综放工作面上隅角瓦斯预测及治理预案

义络公司掘进队 贺晓辉 李毅男 王向航 裴燕锋

义煤集团义络公司位于宜阳县境内，井田走向长9 km，倾向长0.84 km，井田面积6.25 km2，年设计生产能力60万t，主采石炭二叠系山西组二1煤，二1煤呈扁豆状分布。该矿为高瓦斯矿井，相对瓦斯涌出量为10.67 m3/t，绝对瓦斯涌出量为10.96m3/min，采用平峒＋暗立井＋暗斜井多水平开拓，底板运输大巷、底板集中巷加小石门开拓方式 。36021综放工作面位于36采区一区段西翼，工作面标高+ 27.8 ～ -32.4 m，煤层平均厚5.2 m，煤层倾角平均35°，煤层硬度0.8，工作面沿煤层走向布置，工作面设计走向长度402 m，倾向长度97 m。工作面上顺槽及+30 m集中巷为回风巷。工作面构造煤发育，煤层瓦斯含量高，在掘进时曾出现“煤炮”瓦斯动力现象，应引起高度重视，并加强瓦斯及工作面的通风管理工作。

一、上隅角瓦斯运移规律

采煤工作面的瓦斯主要来源于本煤层、邻近层煤层及采空区。36021工作面采用U形通风，风流从运输平巷进入回采工作面由轨道平巷流出，但由于采空区漏风，将有一部分风流经采空区缝隙进入采空区，并携带采空区聚集的瓦斯从工作面中上部及上隅角处流出，引起工作面及回风流瓦斯浓度增大，严重影响煤矿采煤工作的安全。36021工作面上隅角瓦斯运行规律如下。

1.瓦斯在采空区上部聚集。瓦斯密度相对空气小，从而会产生瓦斯风压的自然上升力，对于大倾角工作面来说，瓦斯风压更加明显。所以采空区内瓦斯易在采空区上部聚集，瓦斯浓度在倾斜方向上，由进风巷到回风巷逐渐增大，在靠近上隅角附近20 m范围内瓦斯浓度较高，上隅角瓦斯分布如图1所示。

2.顶板侧瓦斯聚集。由于瓦斯密度较空气小，在垂直高度方向上，顶板处瓦斯浓度比底板瓦斯浓度高；由于煤层倾角较大，更加大了这种趋势，使得瓦斯聚集在顶板侧。

3.上隅角形成涡流区。根据大倾角工作面综采支架防倒防滑的技术要求，会将工作面调成仰斜，使得工作面与回风巷夹角小于90°。当含有大量瓦斯的风流经过上隅角后，风流急转，上隅角处的风流会造成涡流效应，风流流速逐渐降低，加上瓦斯密度小，会在上隅角形成一个涡流区。风流中的瓦斯和采空区漏风带出的瓦斯在此处循环，造成瓦斯聚集，并且很难随风流扩散。上隅角形成的涡流区如图2所示。

二、工作面瓦斯综合治理方案

根据工作面上隅角瓦斯运移规律，笔者认为，上隅角瓦斯治理应从以下几个方面入手。

1.合理设置通风系统。通风系统直接影响工作面瓦斯的涌出量和路径，在设计工作面通风系统时，要采用有效的方法，如通风排瓦斯法，防止瓦斯聚集。在U形通风工作面中，要合理调整工作面风量，并尽量降低上下端口间的风压，如果条件允许，要尽量采取下行通风的通风系统，以减少采空区漏风，从而从根本上减少瓦斯涌出。

2.瓦斯抽放。当瓦斯涌出量大于通风所能解决的瓦斯涌出量时，就应采取抽放瓦斯措施，对于局部区域的瓦斯超限，采用通风方法无法解决瓦斯问题或采用的通风方法不合理时，也必须采取瓦斯抽放措施。在距工作面约30 m处进行抽放，既可抽放采空区深部的瓦斯，又可改变采空区内漏风流路径，对解决上隅角瓦斯最佳。

3.采用均压技术，较少漏风。采用均压技术可以降低风流进出口间的风压差，减少漏风。在压风管路中增设射流风机，通过射流风机提高工作面上隅角处风压，从而减少上隅角及采空区的漏风，从而降低采空区瓦斯的涌出量，也有利于采空区瓦斯抽放。同时，射流风机风流速度较高，吹到上隅角后，扰动上隅角瓦斯聚集的涡流区域，同时把聚集的瓦斯吹散，带入回风巷。均压技术原理如图3所示。

三、结论

设计合理可靠的通风系统，尽可能减少瓦斯涌出；当瓦斯涌出量大于通风所能解决的瓦斯涌出量时，可采用瓦斯抽放、均压防治瓦斯、设立临时通风设施等措施，对通风系统进行优化。在工作面回采过程中，必须结合现场实际使用效果，找出治理瓦斯的最佳解决方案。