礦井工程的治理技術研究

石笑天

（國家電投集團貴州遵義產業發展有限公司大竹園鋁土礦，貴州 遵義 563000）

礦產資源作為社會經濟發展的重要戰略資源，其重要性的不言而喻。但是在礦井的開采過程中，井下氣體災害所造成的危害日漸突出，已經成為各礦井區域研究的重點，尤其是礦井內的通風系統產生故障，如果不能采取有效的治理措施，勢必嚴重影響整個礦井的正常開采作業[1]。因此，研究分析礦井的治理技術具有重要的現實意義。

1 礦井開采的特點

（1）礦產與有害氣體的混合突出。在礦井下的有害氣體濃度過高，礦產與有害氣體的混合突出危害主要體現在礦體呈現出較遠的拋出距離，且本身的破損程度高，大多為極細粉塵。同時礦體的安息角遠低于自然安息角，井下有害氣體呈現出較高的涌出量，甚至會涌入到進風巷當中，對整個礦井都有巨大的影響。基于此種情況下，礦井會呈現出較為劇烈的動蕩，且會對礦井的相關設備以及通風系統造成巨大的破壞[2]。

（2）井下礦體的突出。受到多種因素的影響，礦體本身的強度明顯下降，呈現出向開采作業面傾出的現象，此時雖然也會產生大量的有害氣體，但不會對礦井通風設備造成影響。通常情況下，對于一些較厚礦層、大傾角礦層或者礦層本身較為松散的有害氣體突出礦區，極易發生該類安全事故。

（3）礦體的突然壓出。主要表現為礦井內的礦體朝著開采作業面明顯位移或者拋出，距離大約為2m到3m左右，且呈現為碎塊、大塊狀。本身涌出的有害氣體量較低，可能不會出現井下氣體超限情況。

（4）井下有害氣體突出。在礦井開采作業過程中，極易出現有害氣體突出現象，短時間內涌出大量的氣體，甚至會出現逆流現象，給礦區內作業的人員造成巨大的安全威脅。境內有害氣體一旦超過標準濃度，遇明火甚至會發生爆炸等嚴重的安全事故。

2 常見的有害氣體礦井治理技術

①開采解放層。所謂開采解放層，就是通過人工對解放層進行開采，來降低礦井下的有害氣體壓力，減少地應力，提高礦井的透氣系數，來避免有害氣體濃度過高，造成嚴重的安全事故。在實際操作過程中，如果遇到較多的解放層區域，可以先對解放層進行開采，嚴禁留有礦柱，以避免影響其他區域的正常開采。②預抽礦井內氣體。通常情況下，可以采用穿層鉆孔或者本層鉆孔兩種方式來對礦井當中的有害氣體進行抽放，來有效預井內有害氣體濃度過高的事故發生。通過對存在較大危險區域的每層設置大量的鉆孔，來抽放其中的有害氣體，可以有效的降低礦井內有害氣體的含量及壓力，提高礦層的強度，避免礦體突出等安全事故的發生。③礦層注水。通過對井內突出礦井進行注水，可以有效的改變礦層的力學性質，增強礦體的可塑性，增加預壓帶，實現礦井內有害氣體的提前釋放，減少突出危害的發生。在作業過程中，為了取得良好的注水效果，應嚴格控制水壓，避免水壓過高。此外，為了提高濕潤礦層的效果，提升注水效率，可以適當的添加一部分濕潤劑。④超前鉆孔。對于有害氣體濃度超標的礦井而言，本身的作業面可以分為正常、集中以及泄壓等三種應力帶，其中泄壓應力帶本身的氣體壓力、地應力都較低，是有效抵御氣體濃度過高的重要防護帶。通過在開采作業面的前方一定區域，人為的進行一些鉆孔操作，可以有效的降低礦體本身的強度，擴大泄壓預壓帶的長度，降井內氣體濃度過高等安全事故的發生。

3 實例分析礦井內氣體濃度治理技術應用

某礦產企業，礦區含礦面積約為32.5km2。礦區可開采儲量約為1.7億噸。現有4個生產采區，均為氣體濃度過高礦井。從近年來本礦區的氣體濃度涌出量來看，呈現出逐年增長的趨勢，至今已發生超過50次突出事故。

為了提高礦區開采作業的安全性，本企業曾嘗試了控制爆破、壓力注水以及水力沖孔等多種方式，未達到預期的治理效果。經過研究決定，采用氣體抽放的系統，通過負壓抽放，解決井內氣體濃度過高等問題。

（1）高位巷鉆孔預抽。針對本礦區戊礦層區域，該區域礦層厚度約為0.8m，沒有突出危險，通過在沿著該每層施工一條半礦井巷道，通過巷道向戊礦層區域的礦體進行鉆孔預抽有害氣體，鉆孔的深度要控制在掘進巷道全斷面，實現鉆孔范圍內的井內有害氣體濃度含量降低到安全范圍以內，然后再繼續進行掘進作業。

（2）工作面超前排放鉆孔抽放。在每個開采作業面，在施工之前，需要進行超前排放鉆孔，通過快速封孔，井下氣體的被動排放為主動的抽放，來降低有害氣體的涌出幾率，提高作業的安全性。如圖1所示，利用這種治理技術，實現了抽放與打鉆的同時作業，即提高了作業面的安全性，也保障了礦區開采作業的正常進行。

圖1 前排放鉆孔工作面抽放

（3）回采工作面有害氣體治理。隨著開采深度的深入，井下回采作業面的有害氣體涌出量也越來越高，依靠傳統的治理措施以及通風措施，難以解決有害氣體的安全問題。因此，結合本工程的實際情況，采用淺孔卸壓抽放治理方法來進行礦井回采。以某“偏E型”通風礦井為例，通過新增一條高位回風尾巷，斷面積為6.3㎡，走向長度與回風巷相同，實現高濃氣體從此專用回風巷進行排出。

（4）其他治理措施。①濃度檢測：為了保障隧道開采作業的安全性，本工程還引入了全方位的井下氣體濃度進行檢測，以便于相關工作者及時掌握井下的具體分布，避免出現有害氣體積聚，引發安全事故的發生。②通過有效的通風措施，可以有效的降低礦井內的氣體含量。因此本工程在進行通風方式選擇時，采用了壓力式通風，同時針對每個施工作業面，采用獨立的峰峰方式，避免相互之間串聯通風，造成井下有害氣體積聚。

4 結語

綜上所述，對于井下有害氣體濃度過高礦區而言，本身的環境較為復雜，安全隱患較高，極易發生氣體濃度超標等安全事故，不僅給整個礦產企業帶來巨大的經濟損失，而且危害相關從業者的人身安全。因此，必須重視礦區開發及治理措施的研究，結合礦區的實際情況，采取針對性的技術措施，降低礦井氣體濃度過高等事故的發生，保障礦區開采作業的安全性。