淺論高瓦斯煤礦采掘工程中的瓦斯治理技術

楊明

摘要：本文介紹了煤礦高瓦斯的危害性，對掘進工作面瓦斯超限的原因進行分析，提出了采掘工程的通風技術、掘進巷道的瓦斯治理技術、控制掘進工作面瓦斯超限的措施等。

關鍵詞：高瓦斯礦井;采掘工程;瓦斯治理技術

引言

瓦斯是煤礦生產(chǎn)中的一種副產(chǎn)品，也是伴隨品，它具有很大的破壞力。在嚴重的情況下，瓦斯可能發(fā)生燃燒或爆炸，并引發(fā)安全事故，以至于給人們的生命財產(chǎn)安全帶來了巨大的損失。因此，高瓦斯煤礦要切實搞好通風設計，運用必要的通風技術，以降低瓦斯?jié)舛龋Ｕ习踩a(chǎn)，煤礦特別是掘進工作面，其瓦斯事故出現(xiàn)的次數(shù)較多，需要采用相關的治理手段，保證工作面瓦斯不超限。

1 煤礦高瓦斯的危害性

瓦斯是屬于煤層中一種以甲烷為主的有害氣體，瓦斯爆炸能對煤礦產(chǎn)生重事故，也是安全的第一殺手。瓦斯是無色、無味的氣體，相對密度為0.554，難溶于水，且易燃燒和發(fā)生爆炸，具有較強的滲透性與擴散性。井下空氣中的瓦斯含量增加，就會導致氧氣濃度下降，易引發(fā)缺氧窒息死亡事故。瓦斯爆炸的危害性主要有以下幾種：①產(chǎn)生高溫。瓦斯和空氣混合達到一定濃度時，遇火就會發(fā)生燃燒或爆炸，而瓦斯爆炸產(chǎn)生的高溫能達1850℃-2650℃，顯然易造成人員傷亡或設備損毀等，進而還會引起火災。②產(chǎn)生高壓。瓦斯爆炸還會因氣體產(chǎn)物所形成的沖擊波，易造成人員傷亡和沖毀設備，還易揚起煤塵，引發(fā)煤塵爆炸事故。瓦斯爆炸時使礦井內(nèi)的空氣壓力大幅度增加，威力巨大的沖擊波會對支護結構造成破壞、坍塌等。③產(chǎn)生大量的有毒氣體。瓦斯爆炸后產(chǎn)生的有毒氣體（CO2和CO），其中CO2達到4%～8%，CO達到2%～4%，同時造成O2濃度下降，導致人員因缺氧而窒息死亡。

2 掘進工作面瓦斯超限的原因分析

在掘進工作面，造成瓦斯超限的原因較多，根據(jù)瓦斯超限統(tǒng)計，多是由以下原因引起：①無計劃停電停風。井下電網(wǎng)供電不穩(wěn)定，管理制度不健全，設備包機不能到人，供電系統(tǒng)與電氣設備檢查、維修力度不夠，容易供電系統(tǒng)掉閘，電氣設備短路等事故發(fā)生。當無計劃停電、停風發(fā)生后，由于局部通風機再無專人看管，停風時間長，就會造成瓦斯超限。②供電系統(tǒng)檢修。每年兩次的停電檢修，時間較長，局部通風機又沒有備用電源，很容易造成掘進工作面瓦斯超限的概率。③機械事故。局部通風機出現(xiàn)超限運行，設備加速老化，容易造成“燒機”事故，導致瓦斯超限。④局部通風機管理不到位。所用風筒質量差，破口多，接頭又不等，無反壓邊，接頭就漏風嚴重，吊掛不平直，拐彎再多，甚至脫節(jié)，都會導致掘進迎頭供風量小，風速低，以至造成瓦斯超限。⑤迎頭復雜的地質構造。因地質資料不詳，掘進中突遇斷層、褶曲，容易短時間大量瓦斯突然涌出，導致瓦斯超限。⑥深部煤層瓦斯含量大的原因所造成的瓦斯超限。⑦掘進施工鉆孔因煤層瓦斯含量較大所造成的掘進面瓦斯超限。

3 采掘工程的通風技術

1）要建立完善的通風系統(tǒng)。完善的通風系統(tǒng)則是防治高瓦斯最有效的方法，像并列式等通風方式。進行巷道布置時，可采用“兩進兩回”模式，以促使高瓦斯采掘巷道與各個作業(yè)點都能有合理的風量和風速，以形成高效、安全、穩(wěn)定的通風系統(tǒng)。雙風機自動切換模式，也是確保巷道通風的有效措施。當主風機發(fā)生故障時，備用風機立即啟動，以保障供風。對局部風機可采用局部專業(yè)線路和專業(yè)開關模式，以確保通風設備正常運行。高瓦斯巷道，可設置兩個專用排瓦斯回風巷道，禁止在改回風巷道內(nèi)生產(chǎn)作業(yè)，并以阻燃性材料構造，內(nèi)安放甲烷傳感器。以便檢測甲烷達到一定程度時，自動切斷工作面電源，提醒作業(yè)人員立即撤出，待瓦斯檢測合格后再繼續(xù)作業(yè)。

2）做好局部瓦斯積聚的通風處理。①做好回采工作面隅角瓦斯積聚處理。由于回采工作面的隅角非常容易發(fā)生瓦斯積聚，需要在隅角位置懸掛擋風板等物品。利用其將巷道中的風從瓦斯積聚位置吹過，以實現(xiàn)稀釋積聚瓦斯的效果。②做好密封墻的瓦斯積聚處理。這里同樣是瓦斯容易積聚的地點，處理該位置時先要做好堵漏，要從而從根源上處理好瓦斯。再通過采用風壓導風等方法，利用伸縮骨架風筒來處理密封墻積聚的瓦斯。

3）運用合適的通風技術。結合采煤面情況，運用合理的通風技術，以促進通風的安全。①“U”型通風系統(tǒng)。它構造相對簡單，有利于防止煤層發(fā)生自燃。缺點是采煤面靠近采空區(qū)的上側上隅角位置容易發(fā)生瓦斯積聚。②“Y”型通風系統(tǒng)。它能解決上隅角瓦斯積聚和回風流瓦斯?jié)舛冗^高等問題，且通風效果好。要求工作面上順槽沿著采空區(qū)一側需要預先采掘，在回采期間需要保持維護，防止采空區(qū)內(nèi)的煤層發(fā)生自燃。③“W”型通風系統(tǒng)。它適用工作面長、瓦斯涌出量大的綜采面。它的供風量要比“U”型通風系統(tǒng)和“Y”型通風系統(tǒng)增加一倍，煤層開采過程中瓦斯涌出量較大時，需要在中間平巷位置布置鉆孔抽放。④“U”型通風系統(tǒng)。除外還有“Z”型通風系統(tǒng)和“H”型通風系統(tǒng)。后者都是“U”型通風系統(tǒng)的變形，這是為了增加工作面長度和風量及防治瓦斯積聚使用的。⑤“J”型通風系統(tǒng)。它是在“U”型基礎上發(fā)展的，就是在采空區(qū)留有一條專用排瓦斯巷，但無需巷旁充填帶支護、可以調控、一進二回的通風系統(tǒng)。回風巷在進入采空區(qū)后繼續(xù)留用，并采用適應采空區(qū)礦壓特性的新型支護結構與材料支護，以保障可靠的專用通風斷面。

4 掘進巷道的瓦斯治理技術

1）盡力增大風量。因風排瓦斯仍是瓦斯治理的重要手段。把局部通風機容量增大，風筒直徑增大，風筒接頭采用反雙壓邊技術，以減少漏風;在風筒的吊掛上，要嚴格管理，做到平直，不拐死彎，以減小阻力。一般采取這些措施，可以保證瓦斯?jié)舛冉档停弈艿玫揭欢刂啤?/p>

2）控制好落煤強度。一般新暴露煤壁的瓦斯涌出量的大小與新暴露煤壁的表面積、放炮后產(chǎn)生的松動圈范圍及新暴露巷幫的裂隙等因素都有關。所以，炮眼長度越長，一次落煤量越多，新暴露煤壁的表面積、放炮震動產(chǎn)生和松動圈范圍及煤體裂隙也就會隨之增大，以至引起炮后瓦斯涌出量的增加。因此，嚴格控制落煤強度，可采用短進尺、多循環(huán)的方式，則能減小對煤體的擾動，并降低落煤時的瓦斯涌出強度。

3）運用淺孔動壓注水。淺孔動壓注水也是一種以水力擠出瓦斯的高效防突技術。該技術方法的實質在于通過注水使掘進面的煤體產(chǎn)生一定的塑性，進而使掘進頭的煤體適量外移，以造成前方煤體破壞，集中應力帶被前移，從而增大卸壓帶的寬度，讓瓦斯得到均勻的釋放出來。

4）施工超前排放鉆孔。施工超前排放鉆孔防突機理為：即利用鉆孔周圍形成的破壞圈，讓煤體卸壓，透氣性增加煤體瓦斯解析加快，從而達到降低工作面前方煤體應力、瓦斯壓力和抑制突出發(fā)生的效果。這種技術適用于瓦斯賦存不均，局部區(qū)域瓦斯異常的掘進巷道，采用排放鉆孔則能探明巷道前方儲氣構造（如小褶曲、小斷層形成的“瓦斯包”等），以此預先釋放瓦斯，來避免揭露這些構造帶時大量瓦斯涌出現(xiàn)象發(fā)生。

5）采用邊抽邊掘方法。采用邊抽邊掘技術，也就是先在巷幫施工鉆場，后在鉆場內(nèi)施工沿巷道掘進方向的長鉆孔，并利用抽放泵負壓達到抽放瓦斯。而走向長鉆孔不受工作面施工和進尺的影響，也能保持連續(xù)抽放，范圍較巷幫鉆也更靠近巷道掘進的前方。這樣在放炮落煤時，其走向長鉆孔能抽放放炮震動產(chǎn)生的松動圈內(nèi)的卸壓瓦斯，以減少落煤瞬間新暴露煤壁瓦斯涌出量。

5 控制掘進工作面瓦斯超限的措施

根據(jù)掘進工作面瓦斯超限的原因分析，我們可以采取一些有針對性地預防措施防止掘進工作面瓦斯超限。①井下運用雙回路供電系統(tǒng)，并完善掘進工作面局部通風機“三專”供電系統(tǒng)。嚴格落實電氣設備包機制度和局部通風機專人看管制度，還要將局部通風機運行狀態(tài)納入礦井瓦斯監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)之中，以提高局部通風機的供電可靠性，杜絕無計劃停電現(xiàn)象。②增設設備用電電源。在供電系統(tǒng)停電檢修時，讓備用電源啟動，以杜絕掘進工作面局部通風機停電現(xiàn)象。③掘進面運用雙風機、雙電源，并自動倒臺和“三專兩閉鎖”技術。以其有效遏制掘進工作無計劃停風現(xiàn)象發(fā)生。④不斷強化局部通風機的管理。使局部通風機管理做到責任到人，獎罰分明，并嚴格執(zhí)行質量標準化和考核制度。⑤盡量使用大功率對旋風機和大直徑配套風筒。以此增加風筒出口風量，來保證掘進面迎頭風量達到一定范圍。這樣就能解決了日常供風和打釋放孔時瓦斯超限問題。⑥在掘進工作面揭露斷層等地質構造前，要由地質部門正常預報地質構造等情況。就是在掘進面距斷層等地質構造10m時開始打超前鉆孔，通過該措施能提前釋放斷層帶瓦斯，還能避免瓦斯在掘進過程中短時間大量涌出引起瓦斯超限。⑦避免機械事故引起掘進面瓦斯超限。對掘進面局部通風機實行定期維護檢修制度，此局部通風機每運行半年就進行加油大檢修，以確保正常化運行，保障瓦斯不超限。

結束語

對于高瓦斯礦井，在采掘工程中必須要做好通風工作，需要選擇合理的通風技術，并建立完善的通風系統(tǒng)，以確保采掘工程的安全生產(chǎn)順利進行。實踐證明，運用“控、排、抽”瓦斯綜合治理技術，這是防治高瓦斯煤巷掘進工作面瓦斯問題的有效途徑。煤礦根據(jù)煤層瓦斯賦存狀況、巷道和施工條件，可采用不同的綜合治理手段相結合運用，其效果也更好。從控制掘進工作面瓦斯超限的實踐看，其瓦斯超限事故都是完全可以控制的，而關鍵是要找到引起瓦斯超限的原因，然后再針對性地治理。

參考文獻

[1]霍波.高瓦斯礦井采掘工程通風技術研究[J].技術與市場，2015，5：146-147.

[2]楊長東.高瓦斯煤礦采掘工程中通風技術與安全管理研究[J].價值工程，2013（16）：104-105.

[3]王改明.高瓦斯煤礦采掘工程中通風技術與安全管理研究[J].黑龍江科技信息，2013（36）：71-71.

[4]王濤.高瓦斯復雜地質條件掘進工作面瓦斯綜合防治技術[J].科技信息，2O11（09）.

[5]趙志軍.基于ventsim的大寧礦通風系統(tǒng)優(yōu)化改造研究[D].山西：太原理工大學，2011.

[6]石磊.優(yōu)化掘進工作面局部瓦斯抽放的探討[J].科技致富向導，2Ol0（35）.

[7]李海貴.遞進式瓦斯抽采技術的研究及應用[J].礦業(yè)安全與環(huán)保，2009，36（6）：58-6O.