淺談貴州小煤礦采煤工作面瓦斯治理方案

摘 要：本文針對(duì)貴州高瓦斯礦井的現(xiàn)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(xiǎn)性預(yù)測(cè)法（2）合理配風(fēng)風(fēng)排瓦斯法（3）采空區(qū)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(shè)風(fēng)簾法（8）礦井安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：貴州；小煤礦；采煤工作面；瓦斯治理方案

為了加強(qiáng)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(yù)防瓦斯?jié)舛瘸?，保障采煤工作面的安全生產(chǎn)，促進(jìn)貴州小煤礦安全、持久的發(fā)展，必須嚴(yán)格加強(qiáng)瓦斯抽采管理，不斷完善瓦斯治理措施。構(gòu)建瓦斯綜合治理工作體系，采取“通風(fēng)可靠、抽采達(dá)標(biāo)、監(jiān)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(yōu)化抽采工藝技術(shù)。

一、工作面突出危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)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(gè)鉆孔，鉆孔深度為3.5米。鉆孔的周圍形成三個(gè)區(qū)域：卸壓區(qū)、增壓區(qū)和正常壓力區(qū)。卸壓區(qū)的大小與地應(yīng)力和煤的強(qiáng)度大小有關(guān)，在一個(gè)比較小的區(qū)域內(nèi)，如果地應(yīng)力不大，卸壓區(qū)的大小就取決于煤的強(qiáng)度，當(dāng)煤層的瓦斯含量比較小時(shí)，鉆孔瓦斯涌出量的大小，說明了煤的力學(xué)性質(zhì)在發(fā)生改變。當(dāng)煤的力學(xué)性質(zhì)無變化時(shí)，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(huì)隨著時(shí)間的延長而減少。測(cè)定鉆孔瓦斯涌出量時(shí)，一般是在打完鉆后2分鐘內(nèi)，不然就會(huì)影響測(cè)量的準(zhǔn)確性，產(chǎn)生錯(cuò)誤的測(cè)量結(jié)果。

（二）鉆屑指標(biāo)法

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

（1）應(yīng)力指標(biāo)：在煤體內(nèi)用Φ42毫米的鉆頭向里打鉆，每打1米深度，計(jì)算出排出煤炭顆粒1.3854lg，另外還有鉆頭晃動(dòng)與煤體摩擦產(chǎn)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(shí)如果鉆屑量超過這個(gè)數(shù)值，就說明煤層存在應(yīng)力作用，應(yīng)力越高，鉆屑量越大。在采煤工作面上，每打2 m鉆孔就測(cè)量每米鉆孔的鉆屑量，根據(jù)鉆屑量的大小確定應(yīng)力的大小。在打鉆時(shí)如果發(fā)生噴孔、夾鉆等異?，F(xiàn)象，就直接視為突出危險(xiǎn)工作面。事實(shí)說明，當(dāng)鉆屑涌出量達(dá)到正常鉆屑涌出量的2.5～3倍時(shí)，僅應(yīng)力一項(xiàng)指標(biāo)，就可以說明該煤層存在煤與瓦斯突出的危險(xiǎn)性。

（2）瓦斯指標(biāo)：瓦斯解吸量（h2）和瓦斯解吸特征（k1）兩種指標(biāo)。

a.瓦斯解吸量（h2）：該指標(biāo)為相對(duì)指標(biāo)，從鉆孔取樣，將10g粒徑為1～3mm的鉆屑，放入測(cè)量儀器中，3min后啟動(dòng)儀器進(jìn)行測(cè)量，由于鉆屑中的瓦斯揮發(fā)作用，造成測(cè)量儀器中的氣體壓力增加，測(cè)量出啟動(dòng)儀器后2分鐘內(nèi)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(xì)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(biāo)（k1）：K1是一種瓦斯解吸特征指標(biāo)，其工作原理是：采取煤樣后，在10 分鐘內(nèi)平均測(cè)量10個(gè)點(diǎn)，再根據(jù)測(cè)定前的煤樣暴露到大氣中的時(shí)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(jì)算出K1值，推算出每克煤樣自煤體暴露后第一分鐘內(nèi)的瓦斯解吸量。單一的判斷指標(biāo)不能準(zhǔn)確判斷煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性，一般要采取雙指標(biāo)法，即以鉆屑量判斷應(yīng)力，以鉆屑解吸特征判斷煤與瓦斯的物理力學(xué)性質(zhì)。判斷方法如下表。

二、合理配風(fēng)，風(fēng)排瓦斯。

根據(jù)采煤工作面瓦斯?jié)舛鹊拇笮?，合理調(diào)節(jié)煤礦巷道供風(fēng)量的大小，采用礦井風(fēng)量的大小稀釋瓦斯?jié)舛龋鉀Q8 m3/min的瓦斯涌出量。在采煤工作面回采期間，經(jīng)常出現(xiàn)采煤工作面瓦斯超限的現(xiàn)象，尤其是常常出現(xiàn)在采煤工作面上隅角。加強(qiáng)通風(fēng)管理，合理加大工作面風(fēng)量，條件允許時(shí)可實(shí)施區(qū)域性的均壓通風(fēng)，以減少采空區(qū)瓦斯涌出。

三、采空區(qū)上隅角留管抽放

在采煤工作面回風(fēng)巷每隔3米打一個(gè)吊掛眼，吊掛眼內(nèi)插入長度1m直徑75mm的鐵管作為托架，在托架上安設(shè)Φ400mm×6m管路，管路前頭1米處鉆滿篩孔，對(duì)采煤工作面上隅角進(jìn)行低負(fù)壓瓦斯抽放。采空區(qū)留設(shè)抽放管路的長度根據(jù)頂板的垮落程度而定，抽放管路隨采煤工作面的推進(jìn)而隨時(shí)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(gè)鉆場(chǎng)，每個(gè)鉆場(chǎng)內(nèi)布置6個(gè)鉆孔，鉆孔斜長約80～100m，孔底控制層為頂板的下裂隙帶內(nèi)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(jìn)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(gè)鉆場(chǎng)，在鉆場(chǎng)內(nèi)向下部鄰近煤層布置扇形鉆孔，每個(gè)鉆場(chǎng)內(nèi)布置5～7個(gè)鉆孔，鉆孔斜長約80～120m，孔底以穿透開采煤層為準(zhǔn)，鉆孔直徑φ75mm。

七、上下隅角安設(shè)風(fēng)簾法

當(dāng)工作面上隅角瓦斯?jié)舛容^大時(shí)，在工作面上下隅角，各設(shè)置一道橫穿運(yùn)輸巷和回風(fēng)巷并與液壓支架成一直線的風(fēng)簾，在風(fēng)簾的后部用鋸末袋子砌筑一道長度6米的風(fēng)墻以使風(fēng)簾貼附其上，增強(qiáng)擋風(fēng)效果。風(fēng)簾和風(fēng)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(diǎn)。風(fēng)流經(jīng)采煤工作面到達(dá)上隅角風(fēng)簾將積聚的瓦斯稀釋吹走，進(jìn)入回風(fēng)巷，以達(dá)到排放上隅角瓦斯的目的。

八、礦井安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)

《煤礦安全規(guī)程》第一百五十八條規(guī)定：高瓦斯礦井、煤（巖）與瓦斯突出礦井，必須安裝礦井安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)。

煤礦安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)采用了目前最先進(jìn)的光纖通訊技術(shù)、先進(jìn)的硬件配置、先進(jìn)的WebGIS技術(shù)和Internet/Intranet網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。由地面計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、信息傳輸系統(tǒng)、井下（地面）監(jiān)控分站、地面綜合監(jiān)測(cè)柜、各類傳感器、控制器等組成。監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)主要對(duì)礦井中的瓦斯、一氧化碳、風(fēng)速、溫度、瓦斯抽放管路內(nèi)氣體壓力、溫度、濃度、流量等以及設(shè)備開/停、饋電、風(fēng)門開關(guān)等進(jìn)行監(jiān)控。

T0 采煤工作面上隅角瓦斯?jié)舛取?.0% 報(bào)警，≥1.5% 斷電，斷電范圍：工作面及回風(fēng)巷內(nèi)全部非本安型電氣設(shè)備。

T1 采煤工作面瓦斯?jié)舛取?1.0% 報(bào)警，≥ 1.5% 斷電，斷電范圍：工作面及回風(fēng)巷內(nèi)全部非本安型電氣設(shè)備。

T2 回風(fēng)巷瓦斯?jié)舛取?1.0% 報(bào)警，≥ 1.0% 斷電，斷電范圍：工作面及回風(fēng)巷內(nèi)全部非本安型電氣設(shè)備。

T3 進(jìn)風(fēng)巷瓦斯?jié)舛?≥ 0.5%報(bào)警，≥ 0.5% 斷電，斷電范圍：進(jìn)風(fēng)巷內(nèi)的全部非本安型電氣設(shè)備。

T4 采用串聯(lián)通風(fēng)的工作面進(jìn)風(fēng)巷瓦斯?jié)舛取?0.5% 報(bào)警，≥ 0.5% 斷電，斷電范圍：進(jìn)風(fēng)巷內(nèi)的全部非本安型電氣設(shè)備。

通過安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)能及時(shí)的發(fā)現(xiàn)瓦斯超限現(xiàn)象，采取有效的措施，排除瓦斯超限的現(xiàn)象，保證了煤礦的安全生產(chǎn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]王樹鶴.防治煤與瓦斯突出規(guī)定.煤炭工業(yè)出版社，2009.

[2]徐永圻.煤礦開采學(xué).中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2009.

作者簡介：王士安（1974-），男，采礦助理工程師，注冊(cè)安全工程師，畢業(yè)于山東科技大學(xué)采礦工程專業(yè)，畢業(yè)后一直從事煤礦生產(chǎn)技術(shù)管理工作，現(xiàn)在山東能源集團(tuán)貴州礦業(yè)有限公司生產(chǎn)技術(shù)處工作。