礦井采空區瓦斯治理技術分析

王雄 尚勇

（重慶中梁山煤電氣有限公司礦業分公司 重慶 400052）

礦井采空區瓦斯治理技術分析

王雄 尚勇

（重慶中梁山煤電氣有限公司礦業分公司 重慶 400052）

在我國礦產生產中，瓦斯事故最為常見，其不僅會造成大量的人員傷亡，而且還會損毀礦產開采設備，甚至引發嚴重的礦井火災和爆炸等二次事故。對此，本文首先介紹了幾種常見的礦井采空區瓦斯治理技術，然后結合實例對具體的控制要點進行了詳細探究。

礦井采空區；瓦斯治理技術；應用

1 引言

隨著開采深度和強度的不斷增加，高強度機械化采掘和集約化生產也在進一步加強。在礦井開挖中，瓦斯爆炸事故的危害程度很大，所以，深化對于礦井瓦斯災害防治技術的研究，對于促進我國礦產安全生產具有十分重要的作用。

2 礦井采空區瓦斯涌出來源

瓦斯都是從壓力較高的地方涌向壓力較低的地方并不斷擴散的，當壓力值平衡時才會結束涌動。瓦斯源指的是采空區內瓦斯涌出的源頭，采空區瓦斯涌出量主要是由四部分組成的，分別為圍巖瓦斯涌出、未采分層瓦斯涌出、回采丟煤瓦斯涌出及鄰近層瓦斯涌出。隨著采場內煤巖層的移動、垮落、變形，這四部分瓦斯按照各自的涌出規律涌入采空區，混合在一起，其源匯關系如圖1所示。

圖1 采空區瓦斯涌出來源示意圖

3 常見礦井采空區瓦斯處理技術

3.1 調整風量

如果回采工作面瓦斯超限，則首先要增加風量，降低工作面瓦斯濃度。由于工作面風量增大，壓力大大增加，而采空區相對工作面負壓增大，采空區漏風量增大，高濃度瓦斯就會從采空區涌向工作面回風隅角，導致回風流瓦斯濃度急劇上升，濃度不斷下降，有利于回到安全開采狀態。該方法并不適用于所有礦井。

3.2 均壓法

均壓法指的是通過多種調壓方法，包括風窗、風機、連通管、調級氣室等，改變通風系統內的壓力分布情況，減小漏風兩端的壓差，減少采空區瓦斯涌出量。采空區瓦斯源帶壓力為Hz，工作面壓力為Hi，Hz-Hi=H，通過均壓法，能夠增加工作面Hi值，而Hz的變化較小，即瓦斯源帶壓力與工作面區段內的壓力差值減少，鄰近層采空區瓦斯擴散程度和滲透程度降低，鄰近層采空區瓦斯涌出也降低。

3.3 疏導法

疏導排放法指的是通過尾巷排放法、風筒導引法等，改變采空區漏風方向或者采空區瓦斯涌出的方式，減少采空區瓦斯積存量，有利于減少采空區瓦斯沿工作面上風巷隅角側涌出。

3.4 預埋管抽放法

為了避免采空區瓦斯涌入工作面，造成瓦斯濃度過高，可以在工作面預先布置抽放豎路，保證最前面一個豎管與工作面保持一定距離，并豎直放置進行安裝，底面用三通與抽放管路連接。豎管的長度在1～1.5m左右，頂端封閉，在頂部均勻鉆小孔，用紗布包好，放入采空區抽放。預埋管法可促使采空區上隅角瓦斯改變流向，減少瓦斯涌出，提高采空區瓦斯抽放濃度，保障礦井生產安全性。除此以外，還可以使用引導抽放法、頂板巷道抽放、消火道布置鉆孔、高位鉆孔抽放、尾巷抽放采空區瓦斯等方法。

4 礦井礦井采空區瓦斯處理工程實例

4.1 工程概況

4.1.1 224工作面概況

某礦224工作面開采2#煤層，煤層厚度3.3m，煤層傾角60，采用綜合機械化沿頂板一次采全高的走向長壁采煤法，全部垮落法處理頂板。工作面采用“兩進一回”（軌道順槽、膠帶順槽進風通風，尾巷回風）通風系統。采用瓦斯尾巷埋管治理采空區瓦斯，尾巷長1198m，在瓦斯尾巷內布置抽采管道，當回采工作面形成后，在采空區內埋管抽采采空區內的瓦斯，埋管高度1.5m，間距30～50m。

4.1.2 601工作面概況

601工作面采用高位鉆場治理采空區瓦斯，在6012巷內設計8個鉆場，每個鉆場相隔80m，分別施工6個鉆孔，并在鉆場處施工兩趟6寸排水管用于打鉆排水，終孔高度位于煤層頂板向上10～15m，距工作面副巷的水平距離為5～20m。

4.1.3 603工作面概況

603工作面布置高抽巷治理采空區瓦斯，瓦斯基本參數如表1所示，高抽巷布置在603工作面外錯，605工作面內錯，服務于兩個工作面。層間距位于距煤層頂板14m左右，最大距離達到29m。從603回風聯巷中部開口，設計巷高3m、巷寬3.5m，20°上坡，爬坡距離48.6m，到達距煤層頂板17m后，隨著煤層的傾角變化，始終保持與煤層頂板17m的垂距，與6032巷平行掘進，距6032巷投影距離30m，距6051巷投影距離15m，高抽巷設計總長度1422.4m。高抽巷鉆孔內605的本煤層鉆孔水平間距2.5m，603，605工作面的高、低位裂隙鉆孔分上下兩排施工，水平間距5m，垂直間距0.5m。

表1 603工作面煤層瓦斯基本參數

4.2 治理技術

利用瓦斯尾巷治理采空區瓦斯是將原來的單獨回風巷排放瓦斯，改為工作面回風巷和瓦斯尾巷雙巷排放瓦斯，加大了瓦斯排放巷道的面積，降低了風阻，加快了采空區瓦斯排放的速度。最主要的是能夠改變上隅角部位的風流狀態，消除上隅角的微風渦旋滯留區，增加了在尾巷埋管抽采瓦斯，更能很好的治理上隅角瓦斯超限。

高位鉆場作為治理工作面和上隅角瓦斯超限的一種行之有效的方法，在很多礦井得到應用。高位鉆場的工作原理是：根據采空區上覆巖層裂隙演化所形成的采動裂隙“O”形圈（采動裂隙圓矩梯臺帶）原理和采空區瓦斯在采動裂隙“O”形圈升浮一擴散及積聚原理，通過高位鉆場向采動裂隙“O”形圈內布置鉆孔，以“O”形圈內的裂隙網絡作為瓦斯運移的通道，經負壓抽采采空區內的瓦斯。

高抽巷治理瓦斯的主要原理為：根據采動裂隙帶的演化機理和瓦斯在采動裂隙帶內的運移規律，將巷道或鉆孔布置在裂隙帶內，當頂板垮落后，頂板巖層及煤層的瓦斯平衡受到破壞，由圍巖和采空區遺煤等解析的瓦斯經過裂隙網絡會向采空區的上覆裂隙帶聚集，在抽采負壓的作用下向能及時抽出，在到達治理采空區瓦斯的目的同時，能夠改變采空區流場分布，減少采空區瓦斯涌向工作面，控制上隅角瓦斯超限。

4.3 效果分析

通過對抽采濃度、純流量、抽采率等參數實測并分析，以檢驗瓦斯治理效果，參見圖2～4。

圖2 瓦斯抽采濃度對比圖

圖3 抽采純流量對比圖

圖4 抽采率對比圖

（1）工作面回采初期，瓦斯尾巷抽采濃度為2.5%，隨著工作面推移，抽采濃度逐漸升高，回采到30d左右，抽采濃度達到最大值14.1%，隨著工作面推移，抽采濃度又逐漸降低，回采到60d左右，抽采濃度為6.4%，在整個實測過程中，抽采濃度值波動范圍較大；高位鉆場在工作面回采初期抽采濃度為7.4%，隨著工作面推移抽采濃度有時高時低現象，但波動范圍較小，回采到60d左右，抽采濃度為14.8%；工作面回采初期，高抽巷抽采瓦斯濃度為2.6%，隨著工作面的推移抽采濃度逐漸升高，工作面回采到40d和55d時，抽采濃度急劇升高，回采到55d左右時，抽采濃度趨于穩定，達到23.8%，如圖2所示。

（2）三者抽采純流量在工作面回采初期相差不大，在回采到20d時瓦斯尾巷抽采純流量驟然上升，從1.24m3/min升高到2.96m3/min，然后逐漸下降，在回采到30d左右時，抽采純流量達到最大值為3.5m3/min，隨著工作面推移抽采純量整體呈現下降趨勢，回采到60d時，抽采純流量為2.0m3/min；高位鉆場抽采純流量在前28d內總體上逐漸上升，在28d時達到3.15m3/min，在28～30d時，抽采純流量下降到1.92m3/min，在30～48d時，抽采純流量出現升高降低趨勢，在48～50d，抽采純流量從1.94m3/min下降到0.86m3/min；高抽巷抽采純流量整體呈現出上升趨勢，在30d和42d時，上升幅度較大，在55d左右時，抽采純流量趨于穩定，達到5.23m3/min，如圖3所示。

（3）瓦斯尾巷抽采率較低，平均值僅為23.1%；高位鉆場抽采率在回采初期為32.4%，在回采的前25d時，抽采率逐漸降低到24.5%，在26d時急劇升高到46.2%，隨后抽采率保持在40%左右；高抽巷抽采率在回采初期為18.4%，在第5d時，升高到42.1%，隨后有小幅度下降，在第14d時抽采率升到68.5%，隨后抽采率在55.0～65.0%之間上下波動，如圖4所示。

5 結語

當前，我國在瓦斯治理方面已經取得了很大的進步，但是由于產業結構不斷調整，礦井瓦斯災害的危險性在不斷增加，因此必須加強瓦斯治理方面的研究。瓦斯事故治理系統性很強，需要采用全方位、全過程的綜合治理方式，在實踐中不斷探索，保障礦產安全生產，促進社會效益和經濟效益的協調發展。

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[3]劉衛忠.夏闊坦煤礦采空區火害、瓦斯綜合防治技術[J].煤炭科技，2014（3）：91～93.

TD712

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1004-7344（2016）04-0177-02

2016-1-25