論瓦斯區(qū)域防突策略在煤礦安全生產(chǎn)中的應(yīng)用

王新坤

（中國(guó)平煤神馬集團(tuán)平煤股份十三礦，河南 平頂山 467099）

論瓦斯區(qū)域防突策略在煤礦安全生產(chǎn)中的應(yīng)用

王新坤

（中國(guó)平煤神馬集團(tuán)平煤股份十三礦，河南 平頂山 467099）

在煤礦生產(chǎn)中，瓦斯突出是一種常見(jiàn)的災(zāi)害性事故，處置不當(dāng)就會(huì)給礦山的安全生產(chǎn)和礦工的生命財(cái)產(chǎn)帶來(lái)嚴(yán)重威脅。本文以瓦斯區(qū)域防突策略為基點(diǎn)，重點(diǎn)介紹防止局部瓦斯突出的區(qū)域性防范措施，經(jīng)實(shí)踐檢驗(yàn)，在瓦斯區(qū)域性防突治理中具有很好的應(yīng)用效果。

瓦斯區(qū)域防突；煤層；安全生產(chǎn)

由于煤礦井下地質(zhì)條件的復(fù)雜性，礦井開(kāi)采方式極易受到瓦斯、煤塵、高壓、高溫等因素的影響，在這些眾多的影響因素中，瓦斯突出是其中最主要的一項(xiàng)［1］。

瓦斯突出是由于一系列地質(zhì)動(dòng)力現(xiàn)象造成的，一般有兩種常見(jiàn)的類(lèi)型：一是在礦井的壓力作用下，大量聚集的瓦斯氣和破碎的煤粉由煤體向掘進(jìn)空間大量噴出；二是瓦斯氣體直接噴出。大型煤礦的瓦斯突出可逆風(fēng)運(yùn)行數(shù)千米，影響十分廣泛。瓦斯氣體噴出的巨大沖擊力會(huì)對(duì)煤炭開(kāi)采產(chǎn)生嚴(yán)重影響，會(huì)使礦井作業(yè)設(shè)備受到極大破壞，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)造成井下礦工人員的傷亡。所以，如何有效地防止瓦斯突出一直是煤礦井下安全生產(chǎn)的重中之重。

1 瓦斯運(yùn)移規(guī)律

瓦斯在煤層中的運(yùn)動(dòng)包括擴(kuò)散、滲流兩種形式，在致密煤炭結(jié)構(gòu)中的運(yùn)動(dòng)方式為擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，符合Fick（菲克）擴(kuò)散定律；進(jìn)入煤層間后就以滲流方式運(yùn)動(dòng)，符合Darcy（達(dá)西）滲透定律。

煤體中的瓦斯通常是以吸附和游離兩種狀態(tài)存在，在未開(kāi)采的煤層中，外界的各項(xiàng)條件保持恒定，兩種狀態(tài)的分子處于動(dòng)態(tài)的交換平衡，穩(wěn)定地存在于煤層中，但在煤炭的深井開(kāi)采過(guò)程中，采掘、鉆孔等活動(dòng)會(huì)使煤層的各項(xiàng)條件發(fā)生變化，會(huì)使原來(lái)的動(dòng)態(tài)平衡遭到破壞，導(dǎo)致瓦斯發(fā)生泄漏、噴出，給煤礦安全生產(chǎn)帶來(lái)嚴(yán)重的不利影響。

瓦斯的流動(dòng)過(guò)程分為解吸、擴(kuò)散、流動(dòng)3種，外界條件改變，壓力下降，瓦斯從煤體的微裂縫隙表面解吸下來(lái)進(jìn)入氣體中，煤體的微裂縫隙擴(kuò)張相互貫通，進(jìn)一步形成通道，根據(jù)菲克定律，由于濃度差，瓦斯分子會(huì)利用這些通道擴(kuò)散進(jìn)入大的孔隙，在大的縫隙中，瓦斯以達(dá)西流的方式流動(dòng)。

2 煤礦局部抽采瓦斯防突機(jī)理

瓦斯突出的發(fā)展過(guò)程主要包括準(zhǔn)備階段、激發(fā)階段、發(fā)展階段和終止階段，煤礦生產(chǎn)中防突技術(shù)的主要目標(biāo)就是要減小地應(yīng)力、瓦斯壓力和瓦斯含量3種因素的作用。

鉆孔抽放技術(shù)在實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用十分廣泛，區(qū)域預(yù)抽煤層瓦斯增大了煤體本身的強(qiáng)度和透氣系數(shù)，從而使煤體的應(yīng)力降低，隨著煤體應(yīng)力降低，煤層瓦斯含量也會(huì)相應(yīng)減少，瓦斯突出的現(xiàn)象因而可以得到防范。

2.1 煤體中瓦斯含量和壓力降低

煤礦中的瓦斯以游離和吸附兩種形式存在于煤層中，在抽放煤層瓦斯的初始階段，游離態(tài)的瓦斯容易抽取，這一階段抽采效果明顯，瓦斯的含量和壓力會(huì)明顯下降。在對(duì)瓦斯抽采一段時(shí)間以后，鉆孔所在區(qū)域周?chē)坞x態(tài)的瓦斯就會(huì)被大量抽走，但吸附態(tài)的瓦斯卻不容易被抽取出，煤層中瓦斯含量的下降速度開(kāi)始減小。在瓦斯含量和壓力不斷減小的過(guò)程中，煤體的強(qiáng)度會(huì)逐漸增強(qiáng)，煤體的各項(xiàng)物理性能由此可以得到改善。

2.2 提高煤層透氣性

鉆孔抽放煤層中的瓦斯氣可以增大煤層透氣性，原因主要有以下兩點(diǎn)：一是由于煤層鉆孔后會(huì)在鉆孔周?chē)纬删植啃秹簠^(qū)，煤層地應(yīng)力會(huì)有一定程度的下降，煤體內(nèi)的縫隙逐漸發(fā)展變化，使煤層透氣性增大；二是由于瓦斯總量不斷減少，瓦斯壓力下降，煤體內(nèi)孔隙收縮，煤體的形狀會(huì)發(fā)生收縮變形，煤層的透氣性增強(qiáng)，這就使鉆孔抽放瓦斯的整體范圍得到擴(kuò)大，所以抽放瓦斯的流量和抽放的總量也隨之增大。

3 煤礦安全生產(chǎn)瓦斯區(qū)域防突措施

區(qū)域防突策略的宗旨在于解決在煤層開(kāi)采過(guò)程中存在的大面積的瓦斯突出危險(xiǎn)，包括開(kāi)采煤層的保護(hù)、鉆孔預(yù)抽和煤層注水等一系列措施。由于煤層中的瓦斯壓力和地應(yīng)力對(duì)瓦斯突出的影響十分大，是瓦斯突出的根源所在，在瓦斯含量和壓力達(dá)到一定數(shù)值后，煤層和周?chē)膸r石會(huì)受到來(lái)自瓦斯的壓力而發(fā)生崩塌危險(xiǎn)，受力被拋出，這就給采掘過(guò)程和礦工的人身安全造成威脅。所以，在煤礦生產(chǎn)中，要通過(guò)減小煤層中瓦斯的壓力和地應(yīng)力的方式來(lái)防止瓦斯突出，達(dá)到安全生產(chǎn)的要求。比如，通過(guò)卸除部分在開(kāi)采過(guò)程中煤層或采掘工作面前方的煤體應(yīng)力，或?qū)⒉删蚬ぷ髅媲胺降拿后w應(yīng)力推移到深部煤體，使工作區(qū)域的各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到正常。除此之外，還應(yīng)該對(duì)煤層或采掘工作面前方的煤層進(jìn)行抽放，使煤層瓦斯含量降低在安全范圍內(nèi)。

從目前的應(yīng)用情況來(lái)看，預(yù)抽煤層瓦斯是煤礦安全生產(chǎn)中的主要區(qū)域性防突措施，如前文所述，包括井下布孔抽放瓦斯、地面直接實(shí)施鉆孔預(yù)抽煤層瓦斯兩種方式。在具體的煤炭開(kāi)采作業(yè)過(guò)程在，可單獨(dú)使用一項(xiàng)技術(shù)，也可將兩項(xiàng)技術(shù)共同運(yùn)用到實(shí)際的生產(chǎn)實(shí)踐中。

3.1 地面直接實(shí)施鉆孔預(yù)抽煤層瓦斯

地面直接實(shí)施鉆孔預(yù)抽煤層瓦斯，即在地面直接向開(kāi)采煤層進(jìn)行打孔抽放瓦斯，這一方式的起源比較早，在20世紀(jì)80年代末，我國(guó)已有礦區(qū)進(jìn)行地面直接實(shí)施鉆孔預(yù)抽煤層瓦斯的實(shí)驗(yàn)。近年來(lái)，我國(guó)相關(guān)領(lǐng)域的專(zhuān)家和學(xué)者對(duì)地面直接實(shí)施鉆孔預(yù)抽煤層瓦斯的研究也越來(lái)越多，目前來(lái)看具有較好的應(yīng)用效果。

3.2 井下布孔抽放煤層瓦斯

井下布孔抽放煤層瓦斯，主要的抽放方式有穿層鉆孔與順層鉆孔兩種。穿層鉆孔具體是將鉆場(chǎng)布置在底板巖石巷道或臨近煤層巷道中，然后通過(guò)布置好的鉆場(chǎng)向待抽放的所在煤層打鉆。順層鉆孔則是從巷道向煤層打孔抽取瓦斯，在實(shí)際的煤礦生產(chǎn)中，可用于石門(mén)見(jiàn)煤處、煤巷和回采工作面等方面，具有較好的應(yīng)用效果。鑒于煤礦井下地質(zhì)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，不同的區(qū)域應(yīng)采取不同的抽放方式。

3.2.1 井下穿層鉆孔或順層鉆孔預(yù)抽區(qū)段煤層瓦斯。該方案是井下布孔抽放瓦斯方案中的第一選擇，在目前的煤礦生產(chǎn)中應(yīng)用十分廣泛。該方案主要適合在煤巷掘進(jìn)前或石門(mén)揭煤前使用，可以有效降低相關(guān)區(qū)段的煤層瓦斯含量和壓力，且按該方案的經(jīng)驗(yàn)記錄，規(guī)律復(fù)合較好，生產(chǎn)使用價(jià)值較高。

3.2.2 穿層鉆孔預(yù)抽煤巷條帶煤層瓦斯。該方案為井下布孔抽放瓦斯的第二方案，在應(yīng)用選擇上僅次于上述的第一方案。在實(shí)際的生產(chǎn)應(yīng)用中，主要適合煤巷掘進(jìn)前涉及的煤巷范圍為條帶煤層的瓦斯抽放，其對(duì)煤層的形狀具有一定的特殊要求。相同之處是，該方案的原理同樣是降低煤層中的瓦斯含量，進(jìn)而降低煤層的瓦斯壓力，防止瓦斯突出的現(xiàn)象產(chǎn)生。

3.2.3 順層鉆孔或穿層鉆孔預(yù)抽回采區(qū)域煤層瓦斯。該方案適合在回采工作面完成后的上下順槽和切眼內(nèi)布置鉆場(chǎng)，向未開(kāi)采的煤層進(jìn)行打孔，排放瓦斯。該方案同樣是井下預(yù)抽瓦斯的第二方案，在煤礦生產(chǎn)中的應(yīng)用主要適合在采面回采前，對(duì)未開(kāi)采的煤層進(jìn)行瓦斯抽放，防突原理與前面提及方案相同，都是消除生產(chǎn)區(qū)段范圍瓦斯突出的危險(xiǎn)。

3.2.4 順層鉆孔預(yù)抽煤巷條帶煤層瓦斯。當(dāng)實(shí)際的煤礦生產(chǎn)作業(yè)條件不符合穿層鉆孔的各項(xiàng)指標(biāo)時(shí)，該方案是保證正常的安全生產(chǎn)，防止工作面前方以及涉及范圍內(nèi)瓦斯突出事故發(fā)生的常見(jiàn)方案。該方案相較于前3種方案，使用條件比較特殊。該方案主要使用在煤礦生產(chǎn)的采掘前，對(duì)未開(kāi)采的煤層和工作面前方條帶范圍進(jìn)行瓦斯抽放，使煤層的瓦斯含量和壓力下降，從而防止瓦斯突出現(xiàn)象的發(fā)生，保證煤礦安全生產(chǎn)。

4 結(jié)語(yǔ)

雖然當(dāng)前我國(guó)煤礦企業(yè)正面臨著供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革所帶來(lái)的去產(chǎn)能、去庫(kù)存等壓力，但煤炭作為支持我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主要能源在未來(lái)仍然會(huì)有巨大的需求量，因此研究煤礦區(qū)域性瓦斯防突策略有其現(xiàn)實(shí)意義。

［1］李希建，林柏泉.煤與瓦斯突出機(jī)理研究現(xiàn)狀及分析［J］.煤田地質(zhì)與勘探，2010（1）：7-13.

Application of Outburst Prevention Strategy of Gas Area in Coal Mine Safety Production

Wang Xinkun
（China Pingmei Shenma Group Coal Mine No.Thirteen，Pingdingshan Henan 467099）

In the coal mine production,gas outburst is a common disastrous accident.Improper disposal will bring serious threat to the safety production and the life and property of the miners.Based on the dis?cussion of outburst prevention strategy in gas area,this paper introduced the regional prevention measures to prevent partial gas outburst,and has good application effect in gas outburst prevention treatment by practice.

gas area outburst prevention；coal seam；safety production

TD712.55

A

1003-5168（2017）12-0070-02

2017-11-03

王新坤（1977-），男，本科，工程師，研究方向：煤礦井下防突與掘進(jìn)。