淺談貴州小煤礦采煤工作面瓦斯治理方案

摘 要：本文針對貴州高瓦斯礦井的現狀和瓦斯超限就是事故的理念，提出了采煤工作面瓦治理斯的八種方法：（1）工作面突出危險性預測法（2）合理配風風排瓦斯法（3）采空區上隅角留管抽放法4）高位鉆孔抽放瓦斯法（5）順層鉆孔抽放瓦斯法（6）上下兩巷向下穿層打鉆抽放鄰近層瓦斯法（7）上下隅角安設風簾法（8）礦井安全監測監控系統。

關鍵詞：貴州；小煤礦；采煤工作面；瓦斯治理方案

為了加強貴州小煤礦采煤工作面的瓦斯防治工作，減少采煤面瓦斯事故，預防瓦斯濃度超限，保障采煤工作面的安全生產，促進貴州小煤礦安全、持久的發展，必須嚴格加強瓦斯抽采管理，不斷完善瓦斯治理措施。構建瓦斯綜合治理工作體系，采取“通風可靠、抽采達標、監控有效、管理到位”的措施，全面提升小煤礦瓦斯治理工作水平，深入開展瓦斯抽采工藝研究，優化抽采工藝技術。

一、工作面突出危險性預測法

（一）鉆孔瓦斯涌出初速度法

用Φ42毫米的鉆頭在煤層中打一個鉆孔，鉆孔深度為3.5米。鉆孔的周圍形成三個區域：卸壓區、增壓區和正常壓力區。卸壓區的大小與地應力和煤的強度大小有關，在一個比較小的區域內，如果地應力不大，卸壓區的大小就取決于煤的強度，當煤層的瓦斯含量比較小時，鉆孔瓦斯涌出量的大小，說明了煤的力學性質在發生改變。當煤的力學性質無變化時，鉆孔瓦斯涌出量的大小，就說明了煤層瓦斯含量大小的變化。鉆孔瓦斯涌出量會隨著時間的延長而減少。測定鉆孔瓦斯涌出量時，一般是在打完鉆后2分鐘內，不然就會影響測量的準確性，產生錯誤的測量結果。

（二）鉆屑指標法

鉆屑指標包括兩類，第一類為應力指標，以鉆孔每米排粉量表示；第二類為瓦斯指標，以K1和h2表示。

（1）應力指標：在煤體內用Φ42毫米的鉆頭向里打鉆，每打1米深度，計算出排出煤炭顆粒1.3854lg，另外還有鉆頭晃動與煤體摩擦產生的鉆屑增加量，這部分增加量為正常排屑量的30%，把正常煤炭顆粒排出量與鉆屑增加量相加，就得到全部的鉆屑量為1.8lg/m。在正常打鉆時如果鉆屑量超過這個數值，就說明煤層存在應力作用，應力越高，鉆屑量越大。在采煤工作面上，每打2 m鉆孔就測量每米鉆孔的鉆屑量，根據鉆屑量的大小確定應力的大小。在打鉆時如果發生噴孔、夾鉆等異常現象，就直接視為突出危險工作面。事實說明，當鉆屑涌出量達到正常鉆屑涌出量的2.5～3倍時，僅應力一項指標，就可以說明該煤層存在煤與瓦斯突出的危險性。

（2）瓦斯指標：瓦斯解吸量（h2）和瓦斯解吸特征（k1）兩種指標。

a.瓦斯解吸量（h2）：該指標為相對指標，從鉆孔取樣，將10g粒徑為1～3mm的鉆屑，放入測量儀器中，3min后啟動儀器進行測量，由于鉆屑中的瓦斯揮發作用，造成測量儀器中的氣體壓力增加，測量出啟動儀器后2分鐘內容器中的壓力增加值，該值就是h2，以Pa表示。在《防治煤與瓦斯突出細則》中，將鉆屑瓦斯解吸量（h2）的臨界值定為200Pa。

b.瓦斯解吸特征指標（k1）：K1是一種瓦斯解吸特征指標，其工作原理是：采取煤樣后，在10 分鐘內平均測量10個點，再根據測定前的煤樣暴露到大氣中的時間，利用解吸巴雷爾公式 K1=（Qt+W）T-0。5 ，用最小二乘方的方法計算出K1值，推算出每克煤樣自煤體暴露后第一分鐘內的瓦斯解吸量。單一的判斷指標不能準確判斷煤與瓦斯突出危險性，一般要采取雙指標法，即以鉆屑量判斷應力，以鉆屑解吸特征判斷煤與瓦斯的物理力學性質。判斷方法如下表。

二、合理配風，風排瓦斯。

根據采煤工作面瓦斯濃度的大小，合理調節煤礦巷道供風量的大小，采用礦井風量的大小稀釋瓦斯濃度，解決8 m3/min的瓦斯涌出量。在采煤工作面回采期間，經常出現采煤工作面瓦斯超限的現象，尤其是常常出現在采煤工作面上隅角。加強通風管理，合理加大工作面風量，條件允許時可實施區域性的均壓通風，以減少采空區瓦斯涌出。

三、采空區上隅角留管抽放

在采煤工作面回風巷每隔3米打一個吊掛眼，吊掛眼內插入長度1m直徑75mm的鐵管作為托架，在托架上安設Φ400mm×6m管路，管路前頭1米處鉆滿篩孔，對采煤工作面上隅角進行低負壓瓦斯抽放。采空區留設抽放管路的長度根據頂板的垮落程度而定，抽放管路隨采煤工作面的推進而隨時撤出。如下圖。

四、高位鉆孔抽放瓦斯

沿工作面上順槽每隔50m布置一個鉆場，每個鉆場內布置6個鉆孔，鉆孔斜長約80～100m，孔底控制層為頂板的下裂隙帶內和工作面的上隅角附近，鉆孔直徑φ75mm。通過高位鉆孔的瓦斯抽放，有效地降低了采煤工作面的瓦斯涌出量。如下圖

五、順層鉆孔抽放瓦斯

在采煤工作面上、下順槽沿煤層布置順層鉆孔，鉆孔直徑φ75mm，鉆孔長度80～100m，沿工作面方向80～85°的傾角或垂直工作面順槽打鉆孔進行瓦斯抽放。

六、上下兩巷向下穿層打鉆抽放鄰近層瓦斯

考慮深部鄰近煤層瓦斯含量較高，在本煤層上下順槽每隔30～40m左右打一個鉆場，在鉆場內向下部鄰近煤層布置扇形鉆孔，每個鉆場內布置5～7個鉆孔，鉆孔斜長約80～120m，孔底以穿透開采煤層為準，鉆孔直徑φ75mm。

七、上下隅角安設風簾法

當工作面上隅角瓦斯濃度較大時，在工作面上下隅角，各設置一道橫穿運輸巷和回風巷并與液壓支架成一直線的風簾，在風簾的后部用鋸末袋子砌筑一道長度6米的風墻以使風簾貼附其上，增強擋風效果。風簾和風墻的上部留有20～30公分的空隙，防止瓦斯積聚到上隅角的最高點。風流經采煤工作面到達上隅角風簾將積聚的瓦斯稀釋吹走，進入回風巷，以達到排放上隅角瓦斯的目的。

八、礦井安全監測監控系統

《煤礦安全規程》第一百五十八條規定：高瓦斯礦井、煤（巖）與瓦斯突出礦井，必須安裝礦井安全監測監控系統。

煤礦安全監測監控系統采用了目前最先進的光纖通訊技術、先進的硬件配置、先進的WebGIS技術和Internet/Intranet網絡技術。由地面計算機網絡系統、信息傳輸系統、井下（地面）監控分站、地面綜合監測柜、各類傳感器、控制器等組成。監測監控系統主要對礦井中的瓦斯、一氧化碳、風速、溫度、瓦斯抽放管路內氣體壓力、溫度、濃度、流量等以及設備開/停、饋電、風門開關等進行監控。

T0 采煤工作面上隅角瓦斯濃度≥1.0% 報警，≥1.5% 斷電，斷電范圍：工作面及回風巷內全部非本安型電氣設備。

T1 采煤工作面瓦斯濃度≥ 1.0% 報警，≥ 1.5% 斷電，斷電范圍：工作面及回風巷內全部非本安型電氣設備。

T2 回風巷瓦斯濃度≥ 1.0% 報警，≥ 1.0% 斷電，斷電范圍：工作面及回風巷內全部非本安型電氣設備。

T3 進風巷瓦斯濃度 ≥ 0.5%報警，≥ 0.5% 斷電，斷電范圍：進風巷內的全部非本安型電氣設備。

T4 采用串聯通風的工作面進風巷瓦斯濃度≥ 0.5% 報警，≥ 0.5% 斷電，斷電范圍：進風巷內的全部非本安型電氣設備。

通過安全監測監控報警系統能及時的發現瓦斯超限現象，采取有效的措施，排除瓦斯超限的現象，保證了煤礦的安全生產。

參考文獻：

[1]王樹鶴.防治煤與瓦斯突出規定.煤炭工業出版社，2009.

[2]徐永圻.煤礦開采學.中國礦業大學出版社，2009.

作者簡介：王士安（1974-），男，采礦助理工程師，注冊安全工程師，畢業于山東科技大學采礦工程專業，畢業后一直從事煤礦生產技術管理工作，現在山東能源集團貴州礦業有限公司生產技術處工作。