“U”型通風方式采煤工作面隅角

1、"U"型通風系統(tǒng)采煤工作面瓦斯超限的原因
1. 1、采面隅角為采空區(qū)風流的匯合處
我國絕大多數(shù)采煤工作面均采用“U”型通風方式。在這種通風方式下，進入工作面的風流分為兩部分，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)部沿一定的流線的方向流動，在工作面的后半部分，進入采空區(qū)的風流逐漸返回工作面。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)有漏風通道，則此風流會匯入工作面漏入采空區(qū)的風流中而流向工作面。其采空區(qū)流線分布如圖1所示。

可見，進入采空區(qū)的風流通過在采空區(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，所以，工作面隅角為采空區(qū)瓦斯流入工作面的匯合處。
1.2、采面隅角的風流狀態(tài)是瓦斯超限的重要原因（見圖2、圖3）

經(jīng)過長期現(xiàn)場觀察，根據(jù)分析得知，采面隅角靠近煤壁和采空區(qū)側，風流速度很低，局部處于渦流狀態(tài)（如圖2所示）。這種渦流使采空區(qū)涌出的瓦斯難以進入到主風流中，從而使高濃度瓦斯在隅角附近循環(huán)運動而聚集在渦流區(qū)中，形成了隅角的瓦斯超限。如圖3所示，若工作面隅角出現(xiàn)滯后回柱，除隅角存在的渦流區(qū)外，在靠近切頂排處會出現(xiàn)微風區(qū)，采空區(qū)漏出的瓦斯在此處積聚，更容易形成隅角的瓦斯超限。
2、對四種防治隅角瓦斯超限方法的分析
針對隅角瓦斯超限的情況，通常的防治方法有四種，即：設置隅角臨時擋風簾，提高采面供風量，設置采空區(qū)風幛，安設專用抽出式風機?，F(xiàn)分別進行分析。
2.1、設置采面隅角擋風簾

如圖4所示，當采面隅角出現(xiàn)瓦斯超限時，在靠近隅角處掛一擋風簾，使之將工作面的風流一分為二，利用風簾引導較多的風流流經(jīng)隅角，以稀釋高濃度瓦斯。風幛可采用軟質風筒布制作，長度一般不小于10m。
某礦340W面在生產(chǎn)過程中，出現(xiàn)了隅角瓦斯異常的現(xiàn)象，CH4和C02濃度分別達到2%和5%,于是在隅角附近加設了一道擋風簾。根據(jù)現(xiàn)場觀測發(fā)現(xiàn)，采用擋風簾后，隅角的CH4和C02濃度很快降到1%以下；但是由于擋風簾的存在，使采煤機割煤，隅角附近支、回柱，上出口行人、運料受到很大的影響，往往出現(xiàn)擋風簾被破壞而失去作用的現(xiàn)象，導致隅角瓦斯?jié)舛扔趾芸焐叩匠逎舛纫陨稀＿@樣反復操作的結果，必然使隅角瓦斯?jié)舛群龈吆龅?，極不穩(wěn)定，形成了安全生產(chǎn)的一大隱患。同時，擋風簾的存在，增大了工作面的通風阻力，使工作面的風量降低。
因此，這種防治方法可靠性較差，效果不理想，只能作為臨時性的應急措施。當采面隅角出現(xiàn)較長時間的超限時，這種方法很不可靠。
2. 2、增大回采工作面風量
工作面風流對隅角渦流區(qū)積聚瓦斯的驅散，主要靠工作面風流與隅角瓦斯積聚區(qū)間的空氣的對流和主風流的擴散作用。經(jīng)過長時間的現(xiàn)場觀察，發(fā)現(xiàn)在工作面正常供風的情況下，靠有限速度的風流來驅散隅角渦流積聚區(qū)的高濃度瓦斯是不可能的。工作面采用增大風量的辦法，雖然可使隅角積聚區(qū)風流與工作面主風流的對流作用加大，但是隨著風量的提高，負壓增大，采空區(qū)的風流速度加大，使采空區(qū)的瓦斯流線延深，加強了風流與采空區(qū)內(nèi)的瓦斯的交換。若采空區(qū)內(nèi)存在其它漏風通道，則會增大此漏風量?？傊?，若增大采面風量，會使風流攜帶出的瓦斯量增大。
根據(jù)參考資料，某礦3203W工作面開采時，3202W面為相鄰的上工作面，己開采完且封閉。當采面推到與3202W面聯(lián)絡巷位置時，由于密閉墻體被壓壞，導至3202W面采空區(qū)內(nèi)的高濃度瓦斯涌入3203W面，使該面隅角瓦斯?jié)舛冗_到1.1%。工作面正常配風量為500m3/min,為稀釋隅角的高濃度瓦斯，將工作面風量提高到850 m3/min。經(jīng)測定，隅角的瓦斯?jié)舛冉档?.9%,僅下降了0.2%。
可見，單靠增大采面風量的辦法難以有效地處理上隅角積聚的瓦斯。同時，風量過大又具有以下缺點：
（1）造成鄰近采掘工作面的供風量下降，影響礦井通風系統(tǒng)的穩(wěn)定；
（2）使采面風流中的粉塵濃度增加，惡化工作面的工作環(huán)境，增大防塵工作的難度；
（3）工作面風量過大容易使巷道內(nèi)的風速超過《煤礦安全規(guī)程》的規(guī)定，影響礦井的質量標準化達標。
2. 3、設置采空區(qū)風幛

根據(jù)采面隅角瓦斯超限的原因可知，若能減少進入采空區(qū)的風量，則可減少采空區(qū)的瓦斯涌出量，使隅角避免出現(xiàn)瓦斯超限。如圖5所示，在工作面采空區(qū)一側，沿切頂排從工作面一出口到隅角設置風幛，這樣就可最大限度地減少進入采空區(qū)的漏風量。尤其是在工作面出口處，由于風流進入工作面時在此處直射采空區(qū)，所以應保證此區(qū)段的風幛封堵嚴密。
可見，這種處理方法可從根本上減少采空區(qū)的瓦斯涌出量，但是由于風幛位于采空區(qū)邊緣，采空區(qū)落下的矸石極易將風幛破壞，造成風幛漏風增大；同時由于風幛隨著工作面向前推進而逐漸前行，所以增大了工人的操作難度和工作量。
因此這種方法受多種條件的制約，使用效果不太理想。
2.4、安設專用抽出式風機

如圖6所示，當采煤工作面隅角出現(xiàn)瓦斯超限時，安設一專用抽出式風機，風筒入口位于采面隅角。于是，在風筒入風口處形成一較大負壓區(qū)，工作面的主風流由于壓差的作用會增大流經(jīng)隅角的風量，以滿足風機吸風量的要求。這樣，隅角的高濃度瓦斯經(jīng)流過此處的工作面風流的稀釋后進入風筒內(nèi)部，經(jīng)風機排入回風巷。這種處理方式具有以下優(yōu)點：
（1）采面隅角的高濃度瓦斯可盡快地進入風筒內(nèi)部，經(jīng)抽出式風機排入回風巷；
（2）可增大隅角的風量，及時沖淡此處的高濃度瓦斯；
（3）由于風筒體積小，占用空間小，可大大地減少工作面施工造成的影響；
（4）在風機正常運轉的情況下，此種方式抽排隅角瓦斯是一個安全可靠的治理過程。
3、結論
經(jīng)過以上分析，結合現(xiàn)場的實際情況，一旦采面隅角出現(xiàn)瓦斯超限的情況，應遵循以下的處理原則：
（1）作為應急性的措施，立即設置采面隅角擋風簾；并盡快安設專用抽出式風機，以替換擋風簾。
（2）對與該工作面相關的所有封閉采空區(qū)的密閉進行排查，封堵漏風。
（3）在工作面隅角處及時回柱，嚴禁出現(xiàn)滯后回柱現(xiàn)象。
（4）若因現(xiàn)場主、客觀原因造成采空區(qū)漏風過大，則應在相應的漏風區(qū)域靠近采空區(qū)側沿切頂排敷設一趟風幛，保證嚴密不漏風。