煤矿U型通风采空区瓦斯综合治理技术研究

时间：2024-08-31

陕西陕煤集团韩城矿业公司象山矿井陕西韩城 715400

1 引言

煤矿作业中，控制瓦斯浓度，是避免发生较大爆炸事故的重要手段，要能重视瓦斯综合控制技术的运用，提升施工中的技术优势，发挥安全控制的科学效果。

2 U型工作面瓦斯聚集原因

2.1 空隙类型导致采动空隙和原有的空隙共同作用，气体网络变得复杂化，再加上U型通风的特殊性，导致了瓦斯聚集的效应十分明显，其特殊的结构形式，共同导致了瓦斯集聚的问题。

2.2 回风隅角回风隅角是指与煤壁较为接近的切顶位置，在该位置，可能会形成一定的回风涡流区，主要是因为上部煤体结构的支撑力不足，该位置对于局部的风速有影响，导致在涡流区的风速明显的下降，导致局部层流，而这种情况就会导致瓦斯气体在风速较低的回风隅角位置出现聚集显现，导致具备的瓦斯气体密度提升，局域范围内的大量瓦斯气体聚集，存在一定的安全隐患问题。而采空区一侧涡流的脉冲以及风速都会趋近于零，回风隅角位置的瓦斯在风压的作用下，导致了瓦斯漂移带的形成，瓦斯漂移带通常会带有一定的附着能力，瓦斯漂移带位置通常会导致很多问题的产生，主要是因为在通风过程中，难以消除这种附壁效应，导致瓦斯气体的密度通常较高，不能被有效的带走。

2.3 煤层类型目前正在作业的煤层呈现出比较突出的特点，就是煤质太软，花管下不进去，导致了很多问题的产生。比如回采速度难以控制，一旦速度提升，导致煤层中瓦斯量会迅速增加。囊袋封孔，不好封，孔特别容易塌孔，在密封度不足的前提下，导致了在对于瓦斯气体的控制能力不足，不能有效的发挥煤层控制作用。空留巷的沿用，也导致了在煤层采集之后，很可能因为漏风问题，导致在隅角位置集聚瓦斯气体。同时煤层施工过程中，一些特殊的结构位置，具备瓦斯聚集的条件，一般在锚网、锚索位置，导致空气流通能力不足，导致瓦斯气体在该位置聚集，因此要能及时的拆除使用完毕的结构设备。

3 U型通风采空区的瓦斯综合治理技术

3.1 设置风帐或煤矸渣袋墙煤矸渣袋墙可以避免风流对于采空区产生影响，而煤矸渣袋墙也常常伴随着漏风问题，导致了漏风问题的产生，造成不良的瓦斯集聚问题，为提升漏风控制能力，可以配合风帐结构，提升对于漏风的控制，二者共同作用，保障风流不能对于采空区产生较大的影响问题。

3.2 科学利用老塘释放瓦斯的能力上隅角位置处的瓦斯浓度会在0.8%至1.3%间存在一定的波动，施工过程中，将煤矸渣石墙和一定范围内的老塘形成回风系统，能提升对于上隅角位置的排风能力，需要将上隅角位置处的煤矸渣石墙拆除，使其与老塘共同作用，保障回风效果，而通常可拆除上隅角位置3m左右的煤矸渣石墙，以达到构建回风系统的能力。U型通风隅角在老塘释放瓦斯的能力优势的作用下，瓦斯涡流区被有效的打破释放，在煤矿开展中，该位置的瓦斯浓度得到有效的控制，使得矿区的开采工作变得更加安全有效。

3.3 调节风门增阻 U型回采面的瓦斯聚集，通常发生在隅角位置，为了能提升对于隅角位置的瓦斯排放能力，通过调节风门阻力的方式，提升在特定位置的阻力，实现排风能力的提升，一般需要设置两道调节通车门，可以安置在回风的分支位置上，使瓦斯改变流通的路径方向，进入尾排巷道或者前一区段的老塘之中。

3.4 高位抽放高位抽放是利用抽放泵，配合科学的抽放管道，实现在瓦斯密度较高的位置获取科学的排放能力，做到在高位抽放过程中，能有效的将范围内的瓦斯浓度控制在安全范围内，提升实际的安全控制能力。为提升高位抽放的实际效果，应根据煤矿作业过程中，实际的瓦斯密度情况、开挖面情况等基本条件，确定实际的设置参数，实现在施工过程中，能保障具备较为突出的作业优势。

3.5 风压控制调整作业过程中，在不同的施工阶段，可能会存在不同的瓦斯浓度影响，为了能有效的提升瓦斯安全控制能力，应能及时的调整风压，使风压的调整能控制不同作业阶段的通风量，达到良好的安全平衡能力。一般在老顶初次垮落之后或者在割煤的过程中，瓦斯密度会显著的提升，这会使得施工过程中U型通风采区内的瓦斯迅速的提升，而这种跨越式的提升也必然会导致其存在的瓦斯浓度迅速提升，导致了安全问题的风险系数加大。通过及时的提升风压，与实际的作业情况、瓦斯浓度的排放需求相匹配，能提升对于U型通风采空区内的瓦斯浓度的有效控制能力，保障瓦斯产生、瓦斯通风排放能在新的平衡中，达到采空区的安全要求。

风压控制调整要能具备一定的及时性保障，在施工过程中，能提升瓦斯浓度增加的预判能力，有意识的做好风压控制调整的各项准备工作，在浓度增加前，就能调整风压控制调整系数到相应的浓度值范围内，实现瓦斯浓度突增之后科学控制能力的提升。风量的调整是最为基础、也是较为有效的一类手段。

4 案例分析

我国南方煤矿某工作面采用U型通风系统，具有4条巷道。其中：4215巷为进风巷，4220巷为胶带巷兼进风巷，4216正巷为回风巷，4216副巷为专用排瓦斯巷。2013年7月，其4308工作面回风巷风量1018m3/min，专用排瓦斯巷风量1951m3/min，回风流排放瓦斯34114m3/min，抽放46127m3/min，工作面瓦斯涌出量80141m3/min。具体结构如图1所示。从2014年2月开始，该矿区开始通过设置风帐或煤矸渣袋墙、回风隅角高位抽放以及全风压通风等方式开展瓦斯治理工作，并获得了良好的抽放效果。