脉冲通风法治理“u型工作面上隅角瓦斯积聚的理论及技术探讨

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1、脉冲通风法治理“U"型工作面上隅角瓦斯积聚的理论及技术探讨（组图）2008-06-0211:41:24  作者：杨胜强俞启香王凯张仁贵  来源：　中国矿业大学·　　针对生产现场出现的“U”型采煤工作面上隅角瓦斯积聚问题，科学地分析了其形成的原因及目前解决上隅角瓦斯积聚的常用方法，提出了旋转脉冲法解决此问题的新途径，并进行了详细的理论分析。通过现场实验，验证了用旋转脉冲法解决上隅角瓦斯积聚是有效的、可行的。　　1、问题的提出　　随着煤层开采进入瓦斯含量较高的深部、采煤工作面生产能力的提高及工作面推进速度的加快，必然导致瓦斯涌出量大幅度地增加。对于正常通风条件而言，在通风不良的地方就容

2、易出现局部的瓦斯积聚，例如，巷道顶板冒落空间、支架背板上部、掘进工作面、采煤机滚筒附近等地方，通常出现瓦斯的局部积聚。特别是我国绝大部分采煤工作面均采用“U”型通风系统，其上隅角作为整个工作面采空区的漏风汇，极易形成瓦斯积聚区，在高瓦斯、高强度、大采高综采工作面则更为严重。例如，淮南潘一矿2312(3)综采工作面，其绝对瓦斯涌出量和上隅角瓦斯超限已成为工作面提高产量的主要制约因素，曾一度因瓦斯涌出量太大、使上隅角附近的瓦斯超限而只能被迫停产。　　由于矿井开拓、准备、生产的接替时间及投入资金不足等多种因素的影响，上隅角瓦斯积聚问题一直未得到根治，已成为威胁矿井安全生产的痼疾。特别是近

3、几年所发生的瓦斯爆炸恶性事故中，因上隅角瓦斯超限引发事故所占的比例有较大增加。上隅角瓦斯超限，是目前安全生产的重大隐患，也是实现高产高效工作面推广新技术、新装备的严重障碍。采取安全、经济、有效的方法将上隅角瓦斯持续地降到《煤矿安全规程》规定限值以下，是亟待解决的问题。　　2、隅角瓦斯超限原因分析　　一源一汇的“U”型采煤工作面，在采空区漏风流的对流扩散作用下，采空区内瓦斯运移及瓦斯浓度呈有规律的分布，而作为工作面的漏风汇，成为采空区瓦斯流入工作面的必经之路，往往造成上隅角瓦斯积聚(>2％)，如图t所示，为“U”型工作面采空区内的漏风流流线图，风速等值线图和瓦斯浓度线图Ⅲ。图中清晰地

4、表明，上隅角成为采空区瓦斯的集中涌出源。另外，相对于空气而言，采空区内含瓦斯空气的密度较小，当具有高差时产生“瓦斯风压”的自然上升力，必然使采空区内含高浓度瓦斯的空气向上隅角运移，使上隅角成为采空区高浓度瓦斯集中涌出的地点，这也是上隅角成为工作面采空区瓦斯集中涌出和局部积聚超限的重要原因之一。   3、目前采用的防治上隅角瓦斯积聚的方法分析   经查阅国内外大量文献，得知目前治理工作面上隅角瓦斯积聚的方法，主要有：抽放邻近层和采空区瓦斯；工作面采用Y、Z、H型通风系统或尾巷排放瓦斯；设置临时风障；采用下行通风；用无火花型局部通风机将上隅角积聚瓦斯，抽排至风流足以将其稀释至《煤矿安全

5、规程》允许浓度的地点等。但从现场考察来看，每种方法都有它适宜的应用范围。   目前，在抚顺、中梁山、芙蓉、平顶山等矿区均采用煤层钻孔预抽，而阳泉、天府、松藻等矿区却采用邻近层钻孔和采空区抽放，这些方法收到了治本的效果，但这些方法又普遍存在施工工程量大，抽放时间长，抽采接替紧张，一次性投入及运行费用高等问题。采煤工作面采用Y、Z、H型通风系统，改变采空区的漏风汇方向，可根治采空区瓦斯从上隅角涌出，但对于自然发火较为严重的工作面来说，此系统不适用，且巷道维护工程量较大。利用临时风幛，迫使工作面风流通过上隅角，达到稀释排放上隅角瓦斯的措施，但也存在风幛容易损坏，可靠性差，效果有限等问题，

6、通常只能作为临时的应急措旌，当瓦斯涌出量大于(3～5)m。／min时，这种方法显得很不可靠。   本文提出的脉冲通风法治理局部瓦斯积聚，国外只有俄罗斯莫斯科矿业大学K．Z．乌沙柯考教授以及廖贵发博士等人，以压风或电作动力，驱动叶轮产生非旋转式脉冲风流，其论现场应用仍在进行中，其具体应用至今未见公开[4][5]，而类似本课题组所研制的双旋转脉冲风流及矿用液压双旋转脉冲局部通风机，在国内外尚未见到报道。   4、旋转脉冲风流法消除上隅角瓦斯积聚的探讨   通风条件下，“U’’型通风系统采煤工作面的上隅角，由于工作面风流的急转弯，邻近煤壁和采空区侧，风流处于涡流状态，涡流运动使采空区涌出

7、的大量高浓度瓦斯难以进入主风流中，从而导致高浓度瓦斯流在上隅角附近形成循环运动而聚集在涡流区中。主风流对上隅角涡流区积聚瓦斯的驱散，则主要靠积聚区和主流区之间的横向脉动所引起的对流运移作用。但是，在一般的定常风流中，风流的脉动值很小，横向脉动比纵向脉动更小，工作面风速受规程限制也不能过大。因此，靠有限速度的风流的横向脉动作用驱散上隅角涡沉积聚区的高浓度瓦斯是不可能的。   脉冲风流发生器产生的旋转脉冲风流，叠加在工作面主风流之中，它不仅加强了横向脉冲作用，同时加大了主