一、回采工作面上隅角定義
(一)回采工作面上隅角是指工作面切頂線(xiàn)與風(fēng)巷煤壁上幫交匯。
(二)回采工作面切頂線(xiàn)定義是指采空區與控制頂板區的分界線(xiàn),就是采煤工作面臨近采空區側最后一排支護的位置,工作面支架頂梁后邊。
回采工作面盲巷不得滯后切頂線(xiàn)距離：由企業(yè)集團或礦山企業(yè)自定，山西省的標準是不能2*5平方米。否則必須采取措施強制放頂。
二、采面上隅角瓦斯管理規定
(一)傳感器要求
回采工作面上隅角(工作面切頂線(xiàn)與風(fēng)巷煤壁上幫交匯處)必須設置T0瓦斯傳感器，安設的位置距離上幫、頂板、采空區切頂線(xiàn)各200—300㎜。T0瓦斯傳感器的報警點(diǎn)、斷電點(diǎn)、復電點(diǎn)、斷電范圍與工作面T1瓦斯傳感器相同。
(二)采煤工作面上隅角瓦斯超限時(shí)，如果濃度不超過(guò)2%，可以通風(fēng)處理，如果超過(guò)2%，就必須做瓦斯抽放處理。
三、采面上隅角瓦斯超限原因分析
(一)采面上隅角的風(fēng)流狀態(tài)是瓦斯超限的重要原因
采面上隅角靠近煤壁和采空區側，風(fēng)流速度很低，局部處于渦流狀態(tài)。這種渦流使采空區涌出的瓦斯難以進(jìn)入到主風(fēng)流中，從而使高濃度瓦斯在上隅角附近循環(huán)運動(dòng)而聚集在渦流區中，形成了上隅角的瓦斯超限。若工作面上隅角出現滯后回柱，除上隅角存在的渦流區外，在靠近切頂排處會(huì )出現微風(fēng)區，采空區漏出的瓦斯在此處積聚，更容易形成上隅角的瓦斯超限。
(二)采面上隅角處兩面壓差大小是瓦斯超限的一種原因
巷道風(fēng)流中任一斷面都具有靜壓、位壓、動(dòng)壓，三種壓力之和是全壓，全壓差的大小決定著(zhù)風(fēng)流的方向和速度。由于上隅角處兩面的靜壓和位壓是一樣的，風(fēng)流速度不一樣，采煤工作面的風(fēng)流到此轉彎，造成上隅角處風(fēng)流速度變慢，上隅角兩面的風(fēng)流速度差降低，此處風(fēng)流速度大大減少，在上隅角處出現無(wú)速度差，甚至風(fēng)流出現紊流。
二、防治上隅角瓦斯超限的方法
針對上隅角瓦斯超限的情況，通常的防治方法有10種，即：①設置上隅角臨時(shí)擋風(fēng)簾;②增大回采工作面風(fēng)量;③設置采空區風(fēng)幛;④采煤工作面安裝局部通風(fēng)機;⑤采煤工作面回風(fēng)巷安設風(fēng)、水引射器;⑥安設專(zhuān)用抽排風(fēng)機;⑦高位抽放瓦斯;⑧建立采煤工作面尾排系統;⑨三相泡沫擠上隅角瓦斯;⑩改變通風(fēng)方式等?，F分別進(jìn)行分析。
(一)設置采面上隅角擋風(fēng)簾
當采煤工作面上隅角出現瓦斯超限時(shí)，在靠近采煤工作面上隅角處掛一擋風(fēng)簾，使之將工作面的風(fēng)流一分為二，利用風(fēng)簾引導較多的風(fēng)流流經(jīng)上隅角，以稀釋高濃度瓦斯。風(fēng)幛可采用軟質(zhì)風(fēng)筒布制作，長(cháng)度一般不小于10m。
某礦*工作面在生產(chǎn)過(guò)程中，出現了上隅角瓦斯異常的現象，CH4濃度達到2%，于是在上隅角附近加設了一道擋風(fēng)簾。根據現場(chǎng)觀(guān)測發(fā)現，采用擋風(fēng)簾后，上隅角的CH4濃度很快降到1%以下;但是由于擋風(fēng)簾的存在，使采煤機割煤，上隅角附近支、回柱，上出口行人、運料受到很大的影響，往往出現擋風(fēng)簾被破壞而失去作用的現象，導致上隅角瓦斯濃度又很快升高到超限濃度以上。這樣反復操作的結果，必然使上隅角瓦斯濃度忽高忽低，極不穩定，形成了安全生產(chǎn)的一大隱患。同時(shí)，擋風(fēng)簾的存在，增大了工作面的通風(fēng)阻力，使工作面的風(fēng)量降低。
因此，這種方法主要是應用在上隅角瓦斯不大的地點(diǎn)，并且只能作為臨時(shí)措施。這種方法實(shí)際上就是提高采面上隅角處兩面壓差，解決上隅角處渦流的問(wèn)題。
(二)增大回采工作面風(fēng)量
工作面風(fēng)流對上隅角渦流區積聚瓦斯的驅散，主要靠工作面風(fēng)流與上隅角瓦斯積聚區間的空氣的對流和主風(fēng)流的擴散作用。經(jīng)過(guò)長(cháng)時(shí)間的現場(chǎng)觀(guān)察，發(fā)現在工作面正常供風(fēng)的情況下，靠有限速度的風(fēng)流來(lái)驅散上隅角渦流積聚區的高濃度瓦斯是不可能的。工作面采用增大風(fēng)量的辦法，雖然可使上隅角積聚區風(fēng)流與工作面主風(fēng)流的對流作用加大，但是隨著(zhù)風(fēng)量的提高，負壓增大，采空區的風(fēng)流速度加大，使采空區的瓦斯流線(xiàn)延深，加強了風(fēng)流與采空區內的瓦斯的交換。若采空區內存在其它漏風(fēng)通道，則會(huì )增大此漏風(fēng)量?？傊?，若增大采面風(fēng)量。會(huì )使風(fēng)流攜帶出的瓦斯量增大，同時(shí)，風(fēng)量過(guò)大又有以下缺點(diǎn)：①造成鄰近采掘工作面的供風(fēng)量下降，影響礦井通風(fēng)系統的穩定;②使采面風(fēng)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(fēng)量過(guò)大容易使巷道內的風(fēng)速超過(guò)《煤礦安全規程》的規定，影響礦井的質(zhì)量標準化達標。
(三)設置采空區風(fēng)幛
根據采面上隅角瓦斯超限的原因可知，若能減少進(jìn)入采空區的風(fēng)量，則可減少采空區的瓦斯涌出量，使上隅角避免出現瓦斯超限。在工作面采空區一側，沿切頂排從工作面一出口到上隅角設置風(fēng)幛，這樣就可最大限度地減少進(jìn)入采空區的漏風(fēng)量。尤其是在工作面出口處，由于風(fēng)流進(jìn)入工作面時(shí)在此處直射采空區。所以應保證此區段的風(fēng)幛封堵嚴密。
可見(jiàn)，這種處理方法可從根本上減少采空區的瓦斯涌出量，但是由于風(fēng)幛位于采空區邊緣，采空區落下的矸石極易將風(fēng)幛破壞。造成風(fēng)幛漏風(fēng)增大;同時(shí)由于風(fēng)幛隨著(zhù)工作面向前推進(jìn)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。只有當回采工作面上隅角積聚瓦斯速度不大(2～3 m3/min)和瓦斯濃度不太高(3%左右)的情況下應用效果才明顯。
(四)安設局部通風(fēng)機
在工作面內，距采煤工作面上隅角10～15m的位置，安裝1臺5.5kw或2×2.2kw的小局部通風(fēng)機，用膠質(zhì)風(fēng)筒將風(fēng)引到回風(fēng)上隅角，在采煤工作面上隅角位置形成正壓區，通過(guò)局扇引入新鮮風(fēng)流稀釋采煤工作面上隅角瓦斯，使該處瓦斯濃度降到規定以下，該局部通風(fēng)機隨著(zhù)工作面的前移而移動(dòng)。這種處理方式具有以下優(yōu)點(diǎn)：①采煤工作面上隅角的瓦斯可盡快地進(jìn)入風(fēng)筒內部，排入回風(fēng)巷;②可增大采煤工作面上隅角的風(fēng)量，及時(shí)沖淡此處的高濃度瓦斯;③由于風(fēng)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(fēng)機正常運轉的情況下，此種方式抽排采煤工作面上隅角瓦斯是一個(gè)安全可靠的治理過(guò)程。
(五)安設風(fēng)水引射器
當采煤工作面上隅角出現瓦斯超限時(shí)，安設一臺風(fēng)水引射器，利用高壓水、風(fēng)聯(lián)合作為動(dòng)力，也可用高壓水或風(fēng)分別作為動(dòng)力，形成一較大的負壓區，工作面的主風(fēng)流由于壓差的作用會(huì )增大流經(jīng)上隅角的風(fēng)量，以滿(mǎn)足風(fēng)機的要求。這樣，上隅角的高濃度瓦斯經(jīng)流過(guò)此處的工作面風(fēng)流的稀釋后進(jìn)入風(fēng)筒內部，排入回風(fēng)巷。這種方法具有以下優(yōu)點(diǎn)：①利用高壓水、風(fēng)作為動(dòng)力，風(fēng)、水引射器本身無(wú)機械運動(dòng)部件，沒(méi)有產(chǎn)生火花的隱患;②改變風(fēng)、水壓即可調整風(fēng)量;③結構簡(jiǎn)單，安裝移動(dòng)方便。但需要加強管理，防止動(dòng)力源(水、風(fēng))突然停止，造成采煤工作面上隅角瓦斯突然積聚。
(六)安設專(zhuān)用抽排風(fēng)機
1、脈動(dòng)通風(fēng)技術(shù)。脈動(dòng)通風(fēng)技術(shù)是利用風(fēng)流的紊流擴散系數與風(fēng)流脈動(dòng)特性相關(guān)的理論，研制的一套技術(shù)可靠、經(jīng)濟合理且實(shí)用的脈動(dòng)風(fēng)機使用技術(shù)。在正常通風(fēng)風(fēng)流中疊加脈動(dòng)風(fēng)流，從而增加風(fēng)流的紊流擴散系數，提高風(fēng)流驅散局部積聚瓦斯的能力，從根本上解決回采工作面上隅角瓦斯積聚的問(wèn)題。
2、GDS-1型瓦斯自動(dòng)排放系統。由煤科總院重慶分院研制的GDS-1型瓦斯自動(dòng)排放系統，由抽出式無(wú)火花風(fēng)機、瓦斯傳感器、控制裝置、調節風(fēng)門(mén)、吸風(fēng)器和若干風(fēng)筒組成。主要結構如圖2所示。上隅角瓦斯高濃度瓦斯經(jīng)吸風(fēng)器X進(jìn)入硬質(zhì)風(fēng)筒Y，雙級傳感器檢測調節風(fēng)門(mén)K前后端風(fēng)筒內的瓦斯濃度，由控制裝置內的單片機根據瓦斯濃度值來(lái)確定調節風(fēng)門(mén)開(kāi)或關(guān)，以及開(kāi)關(guān)角度的大小，從而改變摻入“新風(fēng)”的風(fēng)量，使排放瓦斯風(fēng)筒內瓦斯濃度不超限。
3、小型液壓風(fēng)扇。液壓風(fēng)扇分為監控裝置和執行裝置，監控裝置包括控制處理器和瓦斯傳感器，執行裝置包括小型液壓風(fēng)扇和液壓動(dòng)力系統。監控裝置的工作原理，是由放置在工作面上隅角的瓦斯濃度傳感器實(shí)時(shí)檢測瓦斯濃度，并將檢測的瓦斯濃度信號轉換為模擬電信號，傳到控制處理器，經(jīng)過(guò)中心處理單元對檢測到的模擬信號進(jìn)行處理判斷，發(fā)出指令控制繼電器的開(kāi)啟與閉合，實(shí)時(shí)控制液壓風(fēng)扇。當瓦斯濃度超限時(shí)，風(fēng)扇啟動(dòng)，吹散上隅角積聚的瓦斯;待瓦斯濃度降到安全界限時(shí)，風(fēng)扇即生動(dòng)停止。
4、安設壓風(fēng)風(fēng)機抽排瓦斯。本方法具有風(fēng)、水引射器與瓦斯移動(dòng)泵抽放瓦斯的特點(diǎn)，沿工作面回風(fēng)巷鋪一趟剛性風(fēng)筒，風(fēng)筒吸口在距上隅角0.5m位置，排風(fēng)口安在風(fēng)眼內或區城回風(fēng)巷內，風(fēng)機安裝在回風(fēng)巷內，每200～300 m一組，用壓風(fēng)作為動(dòng)力。
5、安設移動(dòng)式抽放泵抽放上隅角瓦斯。沿工作面回風(fēng)巷鋪l趟剛性風(fēng)筒，風(fēng)筒前面鋪1根抽放花管(采空區內)，抽放花管長(cháng)度15～20m左右，要求采用低負壓抽放，該管子與回風(fēng)系統的剛性風(fēng)筒相連，這樣在隅角處形成一個(gè)負壓區，使隅角處瓦斯向抽放管子流動(dòng)，最后排到采區回風(fēng)巷。
(七)高位抽放瓦斯
1、布孔方式。在工作面回風(fēng)巷內直接布置鉆場(chǎng)，從頂板開(kāi)孔，往工作面上方裂隙帶打鉆孔，抽放上鄰近層及其附近煤線(xiàn)中的瓦斯。工作面推進(jìn)方向反向布置鉆孔，鉆場(chǎng)間距15m，每個(gè)鉆場(chǎng)打3個(gè)鉆孔，利用工作面前方煤體保護鉆孔，工作面回采到位時(shí)撤出?；仫L(fēng)巷安抽放瓦斯管，抽采空區的瓦斯，在采煤工作面上隅角處形成一個(gè)負壓區，使采煤工作面上隅角處瓦斯向抽放管流動(dòng)。在工作面回風(fēng)巷30~50m施工一個(gè)高位瓦斯抽放鉆場(chǎng)，每一個(gè)鉆長(cháng)布置3個(gè)鉆孔。鉆孔終孔距工作面頂板高度有工作面才高而定(一般以才高的4~5倍)最好三個(gè)鉆孔高度不一(比如4m采高的話(huà)，鉆孔距工作面高度依次是16m、20m、24m);而鉆孔終孔距回風(fēng)巷距離一般設計為10 15 20m.4瓦斯如果太大的話(huà)就施工長(cháng)距離瓦斯抽放鉆孔
2、布孔參數。鉆孔設計依據兩個(gè)原則，一是鉆孔的終孔層位位于裂隙帶上部界限，二是鉆孔進(jìn)入卸壓區的層位位于冒落帶頂部、裂隙帶下部界限以上。根據礦壓理論，煤層開(kāi)采后其頂底板巖層發(fā)生冒落移動(dòng)，當上覆巖層下沉穩定后，上覆巖層采動(dòng)裂隙區劃可分為“豎三帶”和“橫三區”，即采動(dòng)區沿垂直方向由下往上劃分為冒落帶、裂隙帶和彎曲下沉帶;沿工作面推進(jìn)方向在工作面風(fēng)巷和機巷區域分為煤壁支撐影響區、離層區和重新壓實(shí)區。隨著(zhù)工作面不斷向前推進(jìn)，沿工作推進(jìn)方向上的“橫三區”隨之交替向前移動(dòng)。
3、頂板抽放口最佳位置。法距位于垂直煤層頂板向上8～25m、(10～15m)(位于冒落帶頂部，裂隙帶下部)，平距位于回風(fēng)巷內錯8～30m(8～17m)。具體礦井，要根據其實(shí)際綜合確定。其中鉆孔的終孔位置，可以利用幾何知識，通過(guò)計算得到。
(八)其他方法
1、建立采面尾排系統。沿工作面回風(fēng)巷(采空區)鋪一趟非金屬的管子，可以使用水泥體。該管子與回風(fēng)系統相連通(不是與采煤工作面的回風(fēng)巷)，在采煤工作面上隅角處形成一個(gè)負壓區，使采煤工作面上隅角處瓦斯沿管子流向回風(fēng)流。
2、三相泡沫擠壓工作面上隅角瓦斯。采用三相泡沫技術(shù)，用三相泡沫擠占瓦斯占據的空間來(lái)降低瓦斯濃度，三相即水、灰、氮氣，灰可采用黃泥、煤碳發(fā)電的爐渣等材料，水灰比(質(zhì)量比)1：4：1。該法具有處理速度快，教果明顯的特點(diǎn)，這是發(fā)展的趨事。
3、改變通風(fēng)方式。我國煤礦的通風(fēng)方式大部分采用上行風(fēng)，由于采煤工作面涌出的瓦斯比空氣輕，其自然流動(dòng)的方向和上行風(fēng)的方向一致，在正常風(fēng)速(大于0.5～0.8m/s)下，瓦斯可能出現分層狀流動(dòng)和局部的瓦斯積存，容易造成瓦斯上隅角積聚，下行風(fēng)的方向與瓦斯自然流動(dòng)方向相反，二者易于混合且不易出現瓦斯層狀流動(dòng)和局部積存的現象，能防止上隅角瓦斯積聚，但《煤礦安全規程》第一百一十五條規定，有煤(巖)與瓦斯(二氧化碳)突出危險的采煤工作面不得采用下行通風(fēng)。所以在運用下行通風(fēng)時(shí)，必須慎重。
經(jīng)過(guò)以上分析，結合現場(chǎng)的實(shí)際情況，一旦采面上隅角出現瓦斯超限，立即在采面上隅角掛風(fēng)簾、安擋風(fēng)幛;增大工作面的進(jìn)風(fēng)量、調高工用面的壓差，檢查與該工作面相關(guān)的所有密閉是否漏風(fēng)，若漏風(fēng)及時(shí)進(jìn)行封堵。上述方法不能解決問(wèn)題，要盡快安設專(zhuān)用抽出式風(fēng)機(風(fēng)、水引射器)進(jìn)行抽排。
上述方法都是臨時(shí)性急性的措施，治理上隅角瓦斯超限的主要方法應該是：高位抽放，尾排，上隅角瓦斯抽排。其根本方法是開(kāi)采解放層，提前進(jìn)行巷道抽排或預抽，使煤層瓦斯含量降到8m3/t以下，其它的方法都具有不可確定性和不穩定性;所以治理上隅角瓦斯應提前考慮、提前施工，早投入，早見(jiàn)效。
