采煤工作面上隅角瓦斯积聚影响因素灰色关联分析

采煤工作面上隅角瓦斯积聚影响因素灰色关联分析

邓兵

永煤集团股份有限公司顺和煤矿 河南 永城 476600

摘要：随着煤矿采深的日益增加，采煤工作面上隅角瓦斯异常积聚严重威胁工作面的安全生产，造成很大的安全隐患，成为瓦斯治理的难点。以主焦煤矿2308工作面上隅角为对象，通过研究采煤工作面上隅角瓦斯积聚的影响因素，应用灰色关联理论，发现其各关联变量之间的关系，并进行辩证分析及论证，找出治理上隅角瓦斯积聚问题的主要影响因素，并作为治理上隅角瓦斯积聚问题的有效途径。鉴于此，本文对采煤工作面上隅角瓦斯积聚影响因素灰色关联进行分析，以供参考。

关键词：灰色关联理论;无量纲化;上隅角瓦斯积聚;抽采措施

引言

为了有效治理采煤工作面上隅角的瓦斯，本文所提及的技术方案并不是根治方法，均属于一些临时急救措施。为真正应对瓦斯超限问题，就需要开采解放层，对巷道提前进行抽排或预抽处理，使煤层瓦斯含量＜8m3/t，其他治理方法应用期间均表现出不确定性与不稳定性，故而治理工作应打好提前量，尽早使用，尽早收获成效，确保作业面开展活动如期、高效运行。

1灰色关联理论

在实际工程领域，可利用构建关联矩阵的方式［1-5］，分析系统中多个因素(n个比较数列)对主因素(单个参考数列)的影响性分析，即通过计算关联矩阵中各比较数列的比较系数从而得到各因素相对主因素的优势性排序，从而得到系统中的某一变量受其他变量影响的灰色关联性分析结论。因此，可先确定某一参数作为参考数列，记为y，选取n个参数作为与参考数列进行关联度比对的比较数列，记为xn(n=1，2，3，…，n)，n为比较数列的个数。

2 采煤工作面上隅角瓦斯超限的成因分析

2.1工作面的通风问题

本矿井采煤工作面选用了U型通风方式，其会使工作面的空气流动方向分两部分，一部分是顺眼工作面缓缓流动，把风送至工作面；另一部分是顺着采空区流动，把工作面内的空气送到该区，随即流至外界。一旦采空区有漏风通道，则将导致本区的风流折回工作面，此时带有瓦斯的气流被汇聚在上隅角处，以致该位置瓦斯超限。

2.2上隅角处两面压差偏小

在采煤工作面的巷道内，任何断面均有一定静压、动压机位压，以上三种压力相互作用促使断面处于全压状态。而两处断面的全压差值影响相应部位风向的主要因素。上隅角处静压、位压基本一致，所以风流抵达该位置时易形成转弯情况，且风速会减小，甚至会出现紊流等现象，造成该出瓦斯很难流至外界，出现超限。

3 采煤工作面上隅角瓦斯的治理措施

3.1调整风量

当开采作面风量增加，导致上隅角区、积聚区风流和工作面的主风流对流作用增强，伴随风量增大过程，作业面的负压也有提升，采空区风流及风速增加，将会促进风流与采空区中瓦斯的交换过程，尽管上隅角瓦斯不超限，但会造成瓦斯浓度有一定跌落，且风量过大，增加作业面开采的难度，具体表现在降低系统稳定性，造成其他作业面风量降低，引起煤尘飞扬，不利于矿井质量标准化生产等诸多方面上。

3.2设专用瓦斯尾排巷。

即在采煤工作面回风巷采空区建设一专用瓦斯尾排巷，其作用是把作面风流分两部分，一部分经由作面上巷排出，另一部分由尾排巷排出。这样，就可以利用专用尾排巷形成的负压去调整采空区瓦斯流动路线，减少及规避上隅角大量外丝涌出的情况。该技术方案在处理上隅角瓦斯超限问题方面体现出良好效能。

3.3瓦斯抽放

上隅角瓦斯抽采原理是在上隅角形成一负压区，促使周边瓦斯流向负压区，随即利用瓦斯抽放管路江瓦斯排出。可以把瓦斯抽放管路安装于上隅角处砂袋壁内，事前在切顶排位置打好砂袋壁，当有大量瓦斯涌出时，使用矿井临时移动瓦斯抽放泵及时的把高浓度瓦斯抽到采区回风巷予以稀释，增设甲烷传感器并将其安装在距排放出口15m位置，针对所抽放的瓦斯浓度要做到动态监测，尽可能保障其排放过程的安全性，进而应对上隅角瓦斯超限问题。

3.4钻场位置

工作面附近围岩受到采动的影响出现了比较多的裂隙，这在很大程度上提升了围岩的渗透性，卸压瓦斯更容易在围岩内发生流动。根据瓦斯的流动规律，其中一部分瓦斯容易出现在裂隙带和上隅角区域。此外，在矿井通风系统的作用下，瓦斯会被输送至回风巷和上隅角部位。瓦斯流动过程中需要经过回风巷，在回风巷中设置钻场能够缩短钻场与瓦斯流场之间的间距，进而提升瓦斯抽采效果。

3.5工作面顺层钻孔抽采

根据采区设计布置回采工作面，在工作面顺槽巷道掘进过程中，在回风顺槽内每间隔50m施工一个抽采钻场，在钻场内布置顺层抽采瓦斯钻孔，钻孔呈扇形布置。面向工作面右帮侧为1#钻孔，以此顺序编号，每个钻场内施工21个顺层抽采钻孔，钻孔深度35～120m之间，并保证两个钻场之间钻孔的水平投影搭接长度不小于20m。钻孔布置见图1。

3.62308工作面上隅角瓦斯抽采措施

在2308工作面回采前，通过在2308工作面切眼及2308工作面回风巷内施工上覆岩层增裂钻孔，增大采空区的裂隙发育程度及采空区上覆岩层的破断程度，然后在2308工作面回风巷各个高位钻场向2308工作面方向布置高位钻孔。每个钻场布置3排钻孔，每排6个，共18个钻孔，控制钻孔有效抽采半径约5m，由此设计距开孔点最大垂距为30m，距回风巷里帮最大水平距为30m(图2)。

3.7回采面采用“U+L”型通风方式

针对两种通风方式进行的对比实验，其得到的数值模拟结果基本相同，其中存在的差异就是在利用“U”型通风方式展开回采通风操作的时候，受到“U+L”型通风系统设置的瓦斯巷道的影响，采空区瓦斯的运移深度相比较“U+L”型通风方式来说是明显要大的。瓦斯运移靠近采空区的距离和回采面到采空区内联络巷距离相等，并且存在着上隅角向采空区漏风的突出问题，在开展上隅角瓦斯的治理的过程中实施此通风方案是比较方便的。

3.8高位钻孔布孔高度

受采动过程影响，导致围岩内部出现了大量的裂缝，裂缝比较多的地方会导致瓦斯流动更加活跃，这部分区域是进行瓦斯抽采的关键所在。结合实地勘测和理论计算，得到冒落带与顶板之间的距离在16~18m范围内，裂隙带与顶板之间的距离在18~78m范围内。冒落带属于充分卸压带，就这个层面而言，应该将高位钻孔布置在冒落带区域。但是在实践过程中，随着工作面的往前推进，冒落带会出现冒落现象，这会对钻孔造成损坏，进而对瓦斯抽采效果造成不利影响。如果把高位钻孔布置在与冒落带相邻的裂隙带，那么很有可能会将采空区风流抽出，同样会对瓦斯抽采效果造成不利影响。如果将高位钻孔布置在与冒落带距离比较远的裂隙带，那么会导致下方瓦斯抽采效果不佳。综合考虑以上因素，最终决定在裂隙带中下部位置设置高位钻孔。

结束语

当下，我国煤矿开采深度逐渐拓展且社会各方发展对煤炭资源的需求量不断增加，瓦斯涌出量也相应增多，这对煤矿企业安全生产构成较大威胁，尤其是瓦斯突出每层的情况较为严重，造成开采挖掘作业持续失调，对社会经济发展形成一定制约。现已证实[1]，采煤工作面上隅角为瓦斯最集中的区域。瓦斯不单纯是煤矿资源开采期间的主要自然灾害之一，还是较好的发电能源。

参考文献

[1]周昆鹏.低瓦斯矿井大采高综采工作面上隅角瓦斯治理研究[J].山西化工,2019,40(01):100-102.

[2]文小红.薄煤层综采工作面上隅角瓦斯治理技术探讨[J].内蒙古煤炭经济,2019(03):131.

[3]陈瑞勇.综放工作面上隅角瓦斯治理技术实践[J].山东煤炭科技,2019(01):78-80.

[4]李相庆,杨涛,郭杉.采用“T”型管抽采上隅角瓦斯技术研究[J].能源与节能,2019(11):142-144.

[5]王迪.采煤工作面上隅角瓦斯治理方法[J].煤炭技术,2019,38(11):121-122.