礦井瓦斯防治技術的推廣應用

楊春虎

（山西鄉寧焦煤集團申南凹焦煤有限公司， 山西 臨汾 045000）

1 礦井概況

山西鄉寧焦煤集團臺頭煤焦有限責任公司位于臨汾市鄉寧縣管頭鎮胡村附近。2013 年9 月11 日山西省煤炭工業廳以晉煤辦基發〔2013〕1273 號文批復了礦井兼并重組整合項目竣工驗收，設計年產量120 萬t。

依據礦井煤層煤塵爆炸性鑒定報告結論，1 號、2 號煤層的煤塵均具爆炸危險性，均為自燃煤層，自燃傾向性等級為Ⅱ級。據山西省煤炭工業廳瓦斯等級鑒定結果，礦井瓦斯絕對涌出量為3.44 m3/min，相對瓦斯涌出量為1.68 m3/t，屬瓦斯礦井。

1.1 礦井通風方式

礦井采用中央并列式通風方式，通風方法為機械抽出式，形成了三進一回的通風格局。礦井總進風為7 106 m3/min，總回風為7321 m3/min，在回風立井安裝兩臺FBCDZ-8-№23 型對旋軸流式通風機，電機功率為2×185 kW，排風量為3 780～8 100 m3/min，1 臺運行，1 臺備用。

綜采面采用U 型通風方式，掘進面采用壓入式通風，配備兩臺高效、低噪音的FBD-№6.0 型對旋式軸流局部通風機，電機功率2×18.5 kW，實現了雙風機雙電源自動切換和“三專兩閉鎖”。

1.2 瓦斯抽采系統

礦井在回風立井南部建立一座地面永久瓦斯抽放泵站，抽放系統采用兩套管路，分別建立高、低負壓瓦斯抽放系統，各選用兩臺2BEC60 型水環式真空泵，電機功率355 kW，流量240 m3/min，管路采用無縫鋼管，高負壓管徑為426 mm，安裝長度1 500 m；低負壓主管管徑為508 mm，安裝長度2 500 m；支管管徑為219 mm，安裝長度950 m。

附屬設備有水封式防爆器、自動噴粉抑爆裝置、防回火裝置、防回水裝置、防回氣裝置、放空管、冷卻循環水泵、冷卻塔、計量檢測裝置及避雷裝置、機械通風裝置等。

瓦斯抽采泵站安裝一套KJ73N 瓦斯抽采監測監控系統，值班室內設置匯集監測參數的防爆監控主機，連續監測瓦斯抽采管路內的氣體溫度、負壓、正壓、瓦斯濃度、一氧化碳濃度等參數。

2 礦井瓦斯涌出量規律與影響因素

2.1 采煤工作面瓦斯涌出

1)采空區對瓦斯涌出分析：隨著工作面推進，采空區面積增大，頂板冒落及底板裂隙使上下鄰近層瓦斯也涌入采空區，加之煤體瓦斯及采空區遺煤瓦斯的釋放，采空區瓦斯涌出量逐漸增大。

2）周期來壓對瓦斯涌出分析：周期來壓期間，經現場檢查上隅角最大瓦斯0.68%，回風順槽瓦斯增高不明顯，說明周期來壓期間，采空區瓦斯涌出對生產影響不明顯。

3）割煤速度對瓦斯涌出分析：礦井2 號煤層透氣性較差，抽出瓦斯量較小，采煤機落煤時瓦斯瞬間涌出量較大，當采煤機速度保持在勻速1.5 m/min時，落煤瓦斯能被及時稀釋，不會造成上隅角及回風順槽瓦斯涌出突然過大。

4）季節性因素對瓦斯涌出的影響：夏季通風是每年通風管理上較難管理的階段，溫度高、氣壓低，煤層瓦斯涌出較其他季節大，經檢測對比，夏季通風期間，瓦斯濃度比其他季節大0.08%左右。為此，專門制定夏季通風措施，加強通風系統管理。

2.2 掘進工作面瓦斯涌出

1）地質構造對綜掘面瓦斯涌出量的分析：地質構造復雜地帶，比如向斜、背斜等，往往是瓦斯積聚的地帶，瓦斯壓力和瓦斯含量均較大，有的甚至有突出危害。在進入瓦斯含量高的區域前，提前采取防范措施，比如加大配風量、加強通風系統管理、加強現場管理、加強瓦斯檢查等。

2）煤的可解析瓦斯量與瓦斯涌出量的分析：經計算，本礦井煤的可解析瓦斯量為0.68 m3/t，2 號煤層原始瓦斯含量2.77 m3/t，煤體透氣性較小、吸附性強，故在割煤時，煤體被粉碎瞬間，有大量瓦斯被釋放出來，割煤速度快時，瓦斯瞬間會很高，通過實測，T1 最高瓦斯濃度達0.4%。為此，通過使用大功率局部通風機、大直徑風筒、加強局扇風筒管理、嚴格控制割煤速度等措施來解決此項。

3）巷道掘進長度與瓦斯涌出量分析：巷道長度越長，暴露煤體面積越大，瓦斯涌出量越大。當掘進到800 m 時瓦斯涌出量增大最明顯，通過將原有FBD№6.0/2×18.5kW 對旋軸流局部通風機更換為FBD№8.0/2×55kW 的大功率對旋軸流局部通風機來解決此項。

2.3 采掘工作面瓦斯涌出量

2.3.1 自然因素

1）地面大氣在一年內冬夏兩季的差值可達5.3～8.0 hPa，地面大氣壓變化引起井下大氣壓的相應變化，它對采空區或冒高處瓦斯涌出的影響比較顯著，針對此種情況，在冬夏季有針對性的調整風量。

2）煤層的瓦斯含量是決定采掘工作面瓦斯涌出量多少的主要因素，本井田總體表現為東北低，往西南方向隨深度增加而增大。

2.3.2 開采技術

1）采掘方法對瓦斯涌出量影響較大，綜采面瓦斯涌出比較均勻，瓦斯濃度波動幅度小。

2）煤層和圍巖的瓦斯含量是決定綜采面瓦斯涌出量多少的最重要因素。當開采2 號煤層時，由于受回采影響，在采空區下形成大量的裂隙，1 號煤層或圍巖層中的瓦斯流向2 號煤層的采空區，再進入生產空間，從而增加2 號煤層瓦斯涌出量。

3）采掘速度。絕對瓦斯涌出量隨采掘速度（產量）增加而增大，呈線性正比例關系；相對涌出量隨采掘速度（產量）增大而降低，呈反函數關系。由此分析采煤工作面瓦斯以煤壁和落煤為主要來源。

4）生產工藝對瓦斯涌出量有一定影響。瓦斯從煤層暴露面和采落的煤炭內涌出的特點是：初期瓦斯涌出強度大，然后大致按指數函數的關系逐漸衰減。

5）風量變化同樣影響瓦斯涌出量。采空區瓦斯涌出取決于漏風壓差，而采空區漏風壓差又取決于工作面沿空留巷漏風量。本礦井采煤工作面，采空區瓦斯涌出所占比例小。

6）煤層瓦斯賦存量是影響掘進工作面瓦斯涌出量的主要因素；割煤速度對瓦斯涌出量有所影響；巷道長度對瓦斯涌出量有所影響。

3 礦井瓦斯防治技術措施

綜采面采用全風壓“U”型通風方式，掘進面采用壓入式局部通風方式。

3.1 技術措施

3.1.1 綜采工作面防治技術措施

1）不盲目增加和減少工作面風量，保證均壓效果，減少采空區漏風量。

2）綜采面及上、下巷必須保持足夠的通風斷面，若上下巷斷面小于設計斷面的2/3、超前棚范圍內巷道高度小于1.8 m，應及時進行巷道維修，確?；仫L系統暢通。同時，合理計劃產出煤量，有效控制好割煤速度，尤其是在采煤機運行到機尾30 m 范圍內時，減少瓦斯涌出量。

3）針對回采工作面上隅角容易積聚瓦斯的特點，采取風障引流、設置風流射流器、上隅角埋管抽放法等技術措施，稀釋導出上隅角瓦斯。嚴格控制煤邦與端頭支架的距離，提高抽放管路對上隅角瓦斯的抽放效率。每班配備專職瓦檢員，當工作面瓦斯超過0.5%時，必須采取措施實行限產，及時處理上隅角積聚的瓦斯。

4）適當增加2 號煤采煤工作面的配風量，排出1號煤層通過采動裂隙涌到2 號采煤工作面的瓦斯。

5）采前煤層進行注水，回采期間保證采煤機內外噴霧及上下順槽防塵設施正常工作，增加采煤機內外風水噴霧，加強降溫、降塵效果。

6）采面落煤時瓦斯涌出量明顯增大，瓦斯超限時，采煤工作面必須立即停止工作，進行處理。

7）針對氣壓變化，合理調整風量大小。

3.1.2 掘進工作面治理措施

1）工作面局部通風機安設位置進風量不小于局部通風機的吸風量；風機必須吊掛或置于專用的局部通風機架上，并且距底板的高度不小于0.3 m。

2）局部通風機使用“專用變壓器、專用開關、專用電纜”，保證“風電閉鎖”和“瓦斯電閉鎖”靈敏、準確、斷電功能可靠。

3）主、備用兩臺局部通風機必須時常保持完好狀態；雙風機、雙電源開關能自動切換，并嚴格執行掛牌管理。

4）風筒采用阻燃風筒（Φ800 mm），每條配有快速接頭。接頭要反壓邊，風筒吊掛要平直，逢環必掛，需要拐彎時，必須設彎頭，嚴禁拐死彎，風筒出口距工作面不大于5 m。

5）保證巷道工程質量，減少空邦空頂，避免局部瓦斯積聚現象發生。

6）合理計劃產出煤量，有效控制好掘進速度，減少瓦斯涌出量。

3.2 管理措施

1）瓦斯檢查與管理。完善瓦斯檢查制度，按規定配備瓦檢員和光學甲烷檢測儀，并對光學甲烷檢測儀定期檢定，執行瓦斯檢查制度和礦長、技術負責人瓦斯日報審查簽字制度。

2）安全監控系統。裝備KJ95N 型安全監控系統，分站設置和傳感器安設位置、數量符合規定，傳感器種類、數量滿足礦井需要，確保系統運行可靠，定期對傳感器進行調校。

3）通風系統。目前礦井總進風量大于設計需風量，能滿足礦井生產需要；各采掘工作面、采區變電所實現獨立通風，各用風點風量、風速符合《規程》要求；礦井定期進行通風阻力測定，有完整獨立的通風系統；礦井、采區和采掘工作面的供風能力滿足安全生產要求。

4）通風設施和設備。確保礦井各類通風設施齊全可靠，能夠保證通風系統的穩定運行；采空區、報廢巷道使用不燃性材料及時封閉；主要通風機按照規定進行性能測試，結果符合要求，測試報告真實有效；主要通風機反風設施齊全，并建立通風設施管理臺帳、停電停風記錄以及主扇日常維護記錄。

4 效果評價

通過采取各種瓦斯防治技術管理措施，并嚴格落實“通風可靠、抽采達標、監控有效、管理到位”十六字瓦斯治理體系，臺頭煤焦公司在瓦斯防治與管理方面取得成效。特別是在綜采面上隅角瓦斯治理方面，采用導風幛法、風流引射器聯合作用法及上隅角埋管方法，效果十分明顯，使上隅角的瓦斯濃度由原來的0.5%～0.6%降低到0.2%～0.3%，且保持穩定，不僅有效解決了上隅角瓦斯積聚問題，而且為整個礦井的瓦斯防治技術推廣和提高礦井防災抗災能力提供借鑒。