上隅角瓦斯集聚及應(yīng)對建議目錄TOC\o"1-3"\h\u196921上隅角瓦斯治理研究現(xiàn)狀 1102682上隅角瓦斯的來源 177332.1上隅角風(fēng)流 2324112.2上隅角風(fēng)流狀態(tài) 2185043防治上隅角瓦斯超限的對策 3209443.1上隅角瓦斯抽采 3194493.2康達效應(yīng) 3312143.3其他防治方法 5145144結(jié)語 52219參考文獻 5摘要：在工作面推進過程中，采空區(qū)與煤層瓦斯的涌入經(jīng)常使工作面上隅角瓦斯集聚，甚至導(dǎo)致工作面瓦斯在較長時間里處于超限狀態(tài)，這對瓦斯防治治理造成極大的安全隱患與危害。瓦斯防治作為“一通三防”管理中的一個重要環(huán)節(jié)，上隅角瓦斯防治是其中極為重要的內(nèi)容之一。分析上隅角瓦斯集聚的原因、研究防治上隅角瓦斯集聚的方法對保證采礦工作面正常生產(chǎn)工和礦井維持安全長效機制有著一定的指導(dǎo)意義。關(guān)鍵詞：瓦斯；上隅角；集聚；現(xiàn)狀；原因；對策1上隅角瓦斯治理研究現(xiàn)狀上個世紀八十年代以前，西方國家在上隅角瓦斯聚集引起的超限問題，他們結(jié)合自身礦區(qū)的通風(fēng)條件和通風(fēng)系統(tǒng)進行了改變，并進行了理論和實踐的深入研究隨后設(shè)計出“H”、“Y”、“Z”三種形式的工作面通風(fēng)來改善瓦斯治理，通風(fēng)方式的改變也進一步使得通風(fēng)的維護費用以及維護難題進一步加深，煤礦的經(jīng)濟成本以及維護難度都面臨嚴峻的考驗。90年代，由于煤礦工領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)日新月異，不斷發(fā)展，逐漸在蘇聯(lián)、日本、波瀾等國家形成了“一礦一井一面”的趨勢。伴隨著礦井內(nèi)部通風(fēng)系統(tǒng)趨于簡化，生產(chǎn)成本隨之大幅下降，盡管保持了較高的瓦斯抽采效率，但是瓦斯超限問題依然嚴峻。隨后出現(xiàn)的無火花風(fēng)機引排技術(shù)憑借其特有的優(yōu)勢，獲得了廣泛的推廣與青睞。2上隅角瓦斯的來源上隅角瓦斯來源較多，主要有以下幾個方面：一是該煤層采煤時瓦斯涌出，這是由于煤層中裂隙較多，露天狀態(tài)使瓦斯沿上隅角空間裂隙涌出；回采工作面，這是因為第二，采空區(qū)瓦斯涌出是由于在煤巷中采用錨桿支護，這種主動支護方式，使得巷道頂部直接頂板與主頂板的組合成為一個相對穩(wěn)定的整體，在采煤工作面推進過程中，不易冒落頂板懸挑現(xiàn)象，使機巷與風(fēng)巷下一角形成一片空間，該空間為隅角瓦斯積聚提供了空間，從而進一步使下隅角的機巷、采空區(qū)和風(fēng)巷形成了浪漫的隅角三條通道，為采空區(qū)瓦斯向上竄角提供了通道，成為上隅角瓦斯積聚的主要來源之一，而有殘余煤的采空區(qū)也將成為上隅角瓦斯的來源；三是相鄰煤層受開采影響會產(chǎn)生大量大裂隙，上隅角負壓吸引瓦斯從上隅角涌出。2.1上隅角風(fēng)流以U型方式為例，進入工作面的風(fēng)流在下口分為兩部分，一部分沿工作面流動;另一部分進入采空區(qū)，在采空區(qū)內(nèi)部沿一定的流線方向流動，在工作面的上半部分，進入采空區(qū)的風(fēng)流逐漸返回工作面上隅角。若工作面后方與鄰近煤層采空區(qū)或同一煤層未隔離的巷道相通，即采空區(qū)有漏風(fēng)通道，則此漏風(fēng)風(fēng)流會匯入該工作面采空區(qū)進入上隅角。可見，進入采空區(qū)的風(fēng)流通過在采空區(qū)內(nèi)的氣流交換過程，逐漸返回工作面，最后匯集于采面隅角，另外，采空區(qū)內(nèi)由于含有瓦斯，造成密度相比空氣密度要小，當存在高差時能產(chǎn)生一種向上的力，必然使采空區(qū)中高瓦斯向采煤工作面上隅角運移，增加了上隅角瓦斯涌出量。所以，工作面上隅角為采空區(qū)瓦斯流入工作面的匯合處。采空區(qū)流線分布如圖1所示。圖2.1采空區(qū)流線分布圖2.2上隅角風(fēng)流狀態(tài)通過理論分析和現(xiàn)場觀察，煤礦開采過程中的空氣運動也是瓦斯積聚的重要原因之一。工作面轉(zhuǎn)角靠近石墻和采空區(qū)，風(fēng)速低，呈漩渦狀。經(jīng)長期現(xiàn)場觀察發(fā)現(xiàn)，采掘工作面角度靠近煤壁和采空區(qū)一側(cè)，氣流速度較低，局部處于渦流狀態(tài)（如圖2所示）。這種旋渦很難使采空區(qū)噴出的瓦斯進入氣流，使高濃度瓦斯在拐角處循環(huán)聚集在旋渦區(qū)，上拐角處瓦斯超限。由于采空區(qū)內(nèi)有氣源，受“瓦斯壓力”的影響，當瓦斯向上隅角移動時，風(fēng)速較低，因此瓦斯流只能在漩渦區(qū)旋轉(zhuǎn)，不能將采空區(qū)排出的瓦斯帶入瓦斯流中。高濃度氣體在渦的上角循環(huán)，氣體在渦的上角聚集。超出限制。如果工作面拐角處有滯后回線，除了拐角處有漩渦外，切割頂線附近還會有微風(fēng)吹來，采空區(qū)漏出的瓦斯會聚集在這里，拐角處的瓦斯更容易超限。圖2.2上隅角風(fēng)流狀態(tài)3防治上隅角瓦斯超限的對策上隅角瓦斯超限從本質(zhì)上來說是過多的瓦斯涌出積聚在了上隅角這個空間內(nèi)，除了改變通風(fēng)方式以外，對上隅角瓦斯的抽采便成為了主要的防治手段之一。3.1上隅角瓦斯抽采就目前而言，國內(nèi)的瓦斯抽采主要分為了四種：插管抽采，高位鉆孔抽采，高抽巷抽采以及高位定向巷抽采。插管抽采是通過在上隅角處布置一些抽采管，按照設(shè)計要求按照一定的間隔進行布置，并插入采空區(qū)，在抽采管的一端形成負壓，達到將上隅角內(nèi)積存的瓦斯不斷抽出的目的。高位鉆孔抽采是通過設(shè)計并施工高位鉆孔，高位鉆孔的終孔位置布置在裂隙帶內(nèi)，可以達到良好的瓦斯抽取效果。高抽巷抽采是當工作面收到大量來自于采空區(qū)落煤瓦斯涌出時，在煤層上部的穩(wěn)定巖層中施工形成一條巷道，用于茶甌才采空區(qū)以及頂板上方的裂隙內(nèi)的瓦斯，從而控制上隅角尤里瓦斯?jié)舛龋乐雇咚钩?。高位定向鉆孔抽采是要將鉆孔設(shè)計在裂隙帶瓦斯的有效抽采范圍內(nèi)，并且終孔位置一般是頂板相對穩(wěn)定的位置。3.2康達效應(yīng)據(jù)我們所知，康達效應(yīng)從本質(zhì)上來說是流體在流經(jīng)某一個物體表面的時候，向這個流體施加一個射流的作用力，此時流體會受力被迫改變自身的流動方向，從而沿著物體表面的軌跡進行流動。其實這其中的原理還可以用一個小實驗來說明。假若我們將一個木塊放入一個裝滿水的容器中，木塊受到向上的作用力即水的浮力作用下，會漂浮在水面上，這是由于水體對木塊有著一個向上的總作用力，假使我們將這個木塊壓入水中，使得木塊與該容器密切接觸，沒有任何一點空隙的話，那么是否可以說明此時的木塊僅僅收到四周來自水的作用力；說明了這一點之后，我們可以發(fā)現(xiàn)，木塊下方并沒有水的存在即并不會受到來自水的作用力，這樣木塊就不會向上移動之后漂浮在水中，此時的木塊就會穩(wěn)穩(wěn)當當?shù)爻猎谌萜鞯撞?；此時的木塊是受到了自身重力的影響而沉在水底?；剡^頭來看，加入我們將木塊看做流體，而容器比作某一個物體，周圍的水則是正常環(huán)境下的空氣流體，假若我們將該流體壓迫在某一物體上的時候，由于流體與物體之間看做沒有空隙，即有著極強的相互吸引力，此時的流體就會在周圍空氣的作用力下沿著物體做著其表面軌跡的運動，這便是康達效應(yīng)。我們再來研究上隅角瓦斯超限的問題。從這方面可以發(fā)現(xiàn)，上隅角瓦斯超限的根本原因是不斷聚集的瓦斯流體在上隅角處碰壁后產(chǎn)生了一個回旋的氣流，和出去的氣流形成了一個渦流流體，導(dǎo)致瓦斯沒辦法從工作面的回風(fēng)巷中順利流出，從而使得瓦斯越積越多從而濃度超標。若要使渦流無法形成，那便需要抵消掉亦或是消除形成的瓦斯回旋氣流，使得瓦斯能夠沿著既定工作面路徑能夠準確無誤的回到井下的回風(fēng)大巷中，可以看出康達效應(yīng)能夠完美的解決此種問題。要利用康達效應(yīng)來解決上隅角瓦斯超限問題，其中一種方法便是使得瓦斯能夠收到一個緊貼工作面或者巷道壁面的一個作用力，使得瓦斯能夠沿著巷道與工作面的走向順利通過上隅角；然而事實上，我們無法通過風(fēng)機吹出一個能夠完全有能夠?qū)⑼咚沽黧w壓在壁面的作用力，并且速度不夠的風(fēng)流甚至?xí)谏嫌缃切纬梢粋€渦流反而堵塞了瓦斯的流動。因此我們需要換一種思路，既然我們無法將瓦斯壓在工作面與巷道的壁面上，但我們所知道的有一種流體可以自我產(chǎn)生康達效應(yīng)，從而能夠沿著物體表面的軌跡進行流動，這便是高速射流，但僅僅如此并不夠，我們還需要瓦斯能夠隨著這道高速射流一起流動，但高速射流僅僅只能產(chǎn)生一個徑向的作用力，無法將瓦斯流體完全吸附其中，因此我們需要改變一下這道射流的特性，采用旋轉(zhuǎn)射流的方式。正常的高速射流所產(chǎn)生的的僅僅只有徑向的作用力，還是有可能會使得流體無法百分百產(chǎn)生康達效應(yīng)的效果，但高速旋轉(zhuǎn)射流并不僅僅有來自徑向的作用力，還有著切向的作用力，不僅如此它產(chǎn)生的高速旋轉(zhuǎn)的軸向力能夠?qū)⒅車牧黧w吸附其中無法分離。當高速旋轉(zhuǎn)射流通過旋轉(zhuǎn)式風(fēng)機吹入工作面的時候，流動聚集的瓦斯氣流受到軸向的作用力，被高速旋轉(zhuǎn)射流吸附其中，而高速旋轉(zhuǎn)射流在撞向物體的同時，由于超高的速度產(chǎn)生的動能將高速旋轉(zhuǎn)射流和瓦斯氣流摻雜而成的混合流體將會在壁面上形成康達效應(yīng)，從而沿著工作面與巷道壁面的路徑進行流動，再加上高速旋轉(zhuǎn)流體高速的特性，能夠快速的將瓦斯迅速帶離工作面，防止瓦斯積聚，減少了瓦斯超限的危險，提高了礦井的安全系數(shù)。由高速旋轉(zhuǎn)射流攜帶這瓦斯氣流的流體可以比作一個套筒管道，從風(fēng)機吹出后沿著壁面，而瓦斯氣流則是在這個管道之中，順利通過上隅角，回到回風(fēng)大巷中。3.3其他防治方法設(shè)置工作面上隅角擋風(fēng)簾，可以將工作面的風(fēng)流一分為二，一部分占據(jù)多數(shù)的風(fēng)流會被引導(dǎo)流向上隅角，為上隅角提供較多的風(fēng)流以便稀釋其中的高濃度瓦斯。但需要注意的是，此種方法并不是作為一種長期穩(wěn)定有效的防治方法，只能作為臨時應(yīng)急手段，而且該上隅角必須滿足瓦斯?jié)舛炔淮蟮臈l件，使用此種方法還會導(dǎo)致工作面風(fēng)阻增加，降低工作面風(fēng)量。增大工作面配風(fēng)量，利用上隅角瓦斯利用工作面風(fēng)流與上隅角瓦斯積聚區(qū)域之間的空氣對流以及主風(fēng)流的擴散作用是工作面風(fēng)流對上隅角渦流區(qū)域積聚瓦斯的驅(qū)散原理。但需要謹慎考慮的是，工作面風(fēng)量的增大固然能加大工作面主風(fēng)流與上隅角積聚區(qū)域風(fēng)流的對流作用，而由于風(fēng)量的增加，負壓也隨之增大，從而加大了采空區(qū)的風(fēng)流速度，延伸了采空區(qū)瓦斯流線。設(shè)置采空區(qū)風(fēng)障，在工作面采空區(qū)一側(cè)，把一段距離的風(fēng)障設(shè)置在順著切頂?shù)墓ぷ髅孢M風(fēng)口處，通過這個方法可以將進入采空區(qū)的漏風(fēng)量最大限度的減少。4結(jié)語煤礦瓦斯治理是煤礦安全生產(chǎn)工作的重要組成部分,而采煤工作面上隅角瓦斯治理則是瓦斯治理的主要內(nèi)容。由于井下條件的特定性、井下瓦斯的難于預(yù)測性、采煤工作面的幾何特性、采煤方式方法的差異性,造成工作面上隅角的瓦斯積聚,并使上隅角瓦斯治理工作常常得不到較為明顯的效果。采煤工作面的幾何特性、采煤方式方法的差異性,造成工作面上隅角的瓦斯積聚,并使上隅角瓦斯治理工作常常得不到較為明顯的效果。因此，研究更加先進的上隅角瓦斯超限防治技術(shù)迫在眉睫，需要更多的人才投入其中，為我國礦業(yè)安全生產(chǎn)貢獻自己的一份綿薄之力。參考文獻于不凡.煤礦瓦斯災(zāi)害防治及利用技術(shù)手冊[M].修訂版.北京:煤炭工業(yè)出版社,2005:146-154.袁亮．淮南礦區(qū)瓦斯治理技術(shù)與實踐［J］．煤炭科學(xué)技術(shù),2000,28(1):7－12．黃鑫業(yè),蔣承林．本煤層瓦斯抽采鉆孔帶壓封孔技術(shù)研究［J］.煤炭科學(xué)技術(shù),2011,39(10):45－48．陳杰,金龍哲．關(guān)于聚氨酯封孔可提高瓦斯抽放效果的研究［J］.煤炭工程,2003(8):47－48．JIANGChe吳林，李小偉，唐軍。引用該報告.橫切及豎井煤揭露前瓦斯壓力的快速測定[J]。中國礦業(yè)大學(xué)學(xué)報，2008，18（4）：68-71。李義敬,楊磊,胡勝勇,等．煤層鉆孔長距離壓氣帶壓注漿封孔技術(shù)研究［J］．中國煤炭,2012,38(8):105－108．馬靈軍,王寬,張云峰,等．瓦斯抽采鉆孔化學(xué)注漿封孔技術(shù)的應(yīng)用［J］．煤礦安全,2011,42(7):100－102．魯巖,鄒喜正,崔道品,等．圍巖破碎圈的理論分析與實踐［J］.遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版,2007,26(2):119－221．尚群．趙莊礦3號煤層瓦斯抽采鉆孔合理封孔深度研究［D］．焦作:河南