摘要：在煤矿开采过程中，往往会遇到各种难题，本文就工作面回采发生的上隅角瓦斯聚集现象进行了原因分析，并总结出了8种能够有效防治上隅角瓦斯聚集的应对策略，同时本文还介绍了各种策略的优缺点，能有效的确保煤炭回采工作面上隅角瓦斯浓度，保证了煤炭开采工作的正常运行并确保煤矿的安全工作；
关键词：回采工作面；上隅角；瓦斯聚集；治理技术
一、前言
在煤矿开采过程中，瓦斯的浓度防治是工作重点和工作难点，也是煤炭开采中的薄弱环节，瓦斯浓度超限则很容易发生爆炸，导致开采工作很难保持，更有甚者造成人员伤亡。而回采工作面的瓦斯管理则是矿井安全的重要环节。煤矿矿井中的瓦斯聚集常常是威胁矿井安全的重要源头，近年来伴随着采矿掘进技术的发展、采矿挖掘的机械程度大大提高、挖掘强度的增大，使得煤矿开采过程中瓦斯溢出量快速增多，瓦斯聚集更是屡屡发生，通过研究表明，瓦斯聚集的位置大部分在采煤的工作面，该部位发生的瓦斯浓度超限次数占总超限次数的8成以上，在采煤工作面上以上隅角处最为显著，这不仅仅限制了采煤工作的正常化生产，同时一旦超限发生爆炸则危及生命健康，严重威胁煤矿矿井的安全，因此就必须认真分析煤矿开采时上隅角瓦斯气体的源头、瓦斯浓度超过限额的主要原因，并有针对性的找寻处有效的解决方法和解决措施，积极研究探索更好的瓦斯治理技术、创新瓦斯管理方法，对煤矿安全生产有十分重要的意义。
二、上隅角瓦斯聚集的主要原理
上隅角瓦斯之所以能大量的聚集，对矿井正常生产和采矿工人的生命安全构成威胁，其主要原
理有以下几点：
2.1采空区瓦斯溢出
煤矿开采工作面采空区的瓦斯大量溢出，导致了采空区域聚集大量浓度很高的瓦斯，瓦斯密度相比于空气要低很多（空气分子质量29，瓦斯分子质量16），因此瓦斯气体较轻会向上漂浮，因此采矿面产生的瓦斯气体由于密度关系自然而然会向上隅角漂浮，导致上隅角成为瓦斯气体聚集点，上隅角瓦斯气体浓度急剧升高；
2.2通风系统限制
目前来说煤矿开采时会采取U型的通风系统，而上隅角则位于采空区的漏风汇，很容易就能造成大量瓦斯气体聚集。这主要是因为矿井在正常的通风条件下，Ｕ型通风系统时自然风进入和出风的必经之地，是采空区瓦斯气体溢出的必经之地，这就必然导致上隅角瓦斯气体聚集增多；
2.3漩涡效应
进出风系统风流在上隅角时直角转弯，直接造成了上隅角形成漩涡，即涡流。漩涡的运动会导致采空区域内溢出的浓度较高的瓦斯气体一直以循环的方式在上隅角附近运动，这部分气体无法进入到主风中，气体持续循环难以消散，造成上隅角漩涡处瓦斯气体大量聚集。
三、上隅角瓦斯气体聚集的治理策略
3.1增大进风量
通过长期的现场研究表明，在一定程度上增大工作面的进风量，可以降低漩涡周边的气体压力，漩涡周边气体压力变小部分瓦斯气体就会被风压压出消散。正常的风量下，风的流速是非常有限的，漩涡内外压力基本保持平衡，漩涡内部瓦斯气体就不可能因为压力关系溢出消散。加大工作面的进风量，虽然在一定程度上可以使得上隅角风的流速和工作处的主风对流作用增大，但是通过实验发现伴随着进风量的进一步加大，负压也会进一步增大，采空区的风流速度加大，使得采空区域内的瓦斯气体延深，增强风流与采空区域内的瓦斯气体交换。总之，如果增加进风量，部分瓦斯气体会随着风流溢出。但是仅仅只是增加进风量是很难有效的清散上隅角聚集的瓦斯气体的。
3.2加装挡风装置
上隅角的瓦斯聚集的一个主要原因就是采空区域存在漏风现象，漏风使得上隅角瓦斯气体的稀释能力大大降低，因此在上隅角设置挡风装置是一个有效的措施。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆那么加装怎样一个挡风装置合理呢？就目前而言，大部分煤矿采取的做法是加装挡风帘，进风泄漏量减少，从而增加了上隅角的风速，增大了瓦斯气体的稀释能力。给上隅角加装挡风帘的方案可靠性比较差，而且经过现场验证后发现这种策略效果并没有那么明显，只能作为临时的应急的措施使用。
3.3设置采空区风障
我们前面说了上隅角瓦斯气体浓度超过限制的原理，由此我们可以知道，倘若能减少进入采空区的风量，就可以相应的减少采空区的瓦斯溢出。因此我们就可以在采空区的一侧设置风障来达到此目的。这种设置风障的治理方法可以从根源上来降低采空区域内瓦斯气体的溢出，但是这种方法也存在一定的弊端，由于风障位于采空区域的边沿位置，采空区域内掉落的石头等杂质很容易对风障造成破坏，导致风障出现漏风现象。与此同时风障是跟随着工作面同退同进的，因此这给采矿工作造成了阻碍，增加了采矿难度和采矿工作量，虽然这种方法有效果但是收到诸多条件的制约，无法广泛普及。
3.4Ｕ＋Ｌ通风系统专用排瓦斯尾巷
可在采矿区回风采空区侧安装专用的排瓦斯尾巷，安装专用排瓦斯尾巷可以将工作地的风变成两部分，分别通过上巷和尾巷排除。由于专用尾巷和上巷之间压差的存在，就使得瓦斯气体的流动路线发生变化，高浓度瓦斯进入专用尾巷，从而可减少上隅角处的瓦斯涌出量，降低该处的瓦斯浓度。
3.5瓦斯抽放
在其他措施不明显的情况下我们还可以采取钻孔的方式从矿井顶部将瓦斯抽离的方式来保证矿井内的瓦斯气体浓度达到标准。但是必须得注意钻场间距及钻孔参数与煤层顶板岩性之间的关系，而且矿井各个采集阶段的钻孔参数及布孔方式也不尽相同。布置空位的时候必须要沿着裂缝打孔，而且还必须要懂得怎样利用煤块来保护。孔打好之后就能够将矿井内的瓦斯定向抽离，从而降低矿井内瓦斯气体的浓度。
3.6安设专用抽出式风机
此外我们还可以通过在矿井内安装抽风设备来保证矿井内瓦斯含量，即安装大功率的风机将矿井内多余的瓦斯气体抽离出去。该风机的抽离口应该在上隅角20cm-50cm的地方，并且必须沿着工作面铺设一个材质较软的抽风筒到采区回风巷。当抽离风机开启之后，抽离口处就会由于风机叶片转动效果形成较大的负压，工作面上的压力大，根据压力与气体流动的关系，瓦斯气体会向着压力较小的地方流动，达到利用内置风机将瓦斯气体抽离的目的。这种内部安装风机抽离瓦斯气体的方法具有很明显的优点：风筒占用的空间很小，最大可能的降低了对开采工作的影响；形成负压操作简单，能根据瓦斯气体的量调整风机开启的大小，确保矿井内的瓦斯气体始终处于达标状态；这种方法是安全、可靠的，且操作简单，目前已被很多煤矿开采单位所采用。
3.7三相泡沫挤压工作面上隅角瓦斯
三相泡沫技术也是现阶段广泛应用的一种技术，他的原理是利用三相泡沫挤占瓦斯占据的空间来降低瓦斯浓度。三相指的是水、灰氮气，灰可采用黄泥、煤炭发电后的炉渣等材料，水灰氮质量比１∶４∶１。这种方法处理速度很快，并且效果显著，目前是研究发展的趋势与方向。
3.8注浆充填
在采用上面几种方法之后仍然不能控制瓦斯浓度时，可以采取在上山回采的工作面可向采空区内注浆，就是向采空区注浆防止瓦斯向回采工作面上隅角流动，从而防止瓦斯大量积聚造成安全隐患。
四、结束语
通过上面的分析和研究表明，当上隅角瓦斯超出限额的时候，首先就应该悬挂挡风帘、安装风障、增大进风量、调高压差的方法来降低瓦斯浓度；如果上面几种不能解决，那么就必须尽快安装内置风机将瓦斯抽离，这几种方法都是临时的，长久措施就是选择高位抽离的方式进行，在煤矿开采中，应该根据实际情况选用相应的方法降低瓦斯浓度，确保人身和财产安全。
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论文作者:黄健
论文发表刊物:《基层建设》2019年第11期
论文发表时间:2019/7/30
标签：瓦斯论文; 采空区论文; 气体论文; 矿井论文; 浓度论文; 工作面论文; 风障论文; 《基层建设》2019年第11期论文;