礦井工程的治理技術(shù)研究

石笑天

（國家電投集團(tuán)貴州遵義產(chǎn)業(yè)發(fā)展有限公司大竹園鋁土礦，貴州 遵義 563000）

礦產(chǎn)資源作為社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要戰(zhàn)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(zāi)害所造成的危害日漸突出，已經(jīng)成為各礦井區(qū)域研究的重點，尤其是礦井內(nèi)的通風(fēng)系統(tǒng)產(chǎn)生故障，如果不能采取有效的治理措施，勢必嚴(yán)重影響整個礦井的正常開采作業(yè)[1]。因此，研究分析礦井的治理技術(shù)具有重要的現(xiàn)實意義。

1 礦井開采的特點

（1）礦產(chǎn)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(chǎn)與有害氣體的混合突出危害主要體現(xiàn)在礦體呈現(xiàn)出較遠(yuǎn)的拋出距離，且本身的破損程度高，大多為極細(xì)粉塵。同時礦體的安息角遠(yuǎn)低于自然安息角，井下有害氣體呈現(xiàn)出較高的涌出量，甚至?xí)咳氲竭M(jìn)風(fēng)巷當(dāng)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(xiàn)出較為劇烈的動蕩，且會對礦井的相關(guān)設(shè)備以及通風(fēng)系統(tǒng)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(xiàn)出向開采作業(yè)面傾出的現(xiàn)象，此時雖然也會產(chǎn)生大量的有害氣體，但不會對礦井通風(fēng)設(shè)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(qū)，極易發(fā)生該類安全事故。

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

（4）井下有害氣體突出。在礦井開采作業(yè)過程中，極易出現(xiàn)有害氣體突出現(xiàn)象，短時間內(nèi)涌出大量的氣體，甚至?xí)霈F(xiàn)逆流現(xiàn)象，給礦區(qū)內(nèi)作業(yè)的人員造成巨大的安全威脅。境內(nèi)有害氣體一旦超過標(biāo)準(zhǔn)濃度，遇明火甚至?xí)l(fā)生爆炸等嚴(yán)重的安全事故。

2 常見的有害氣體礦井治理技術(shù)

①開采解放層。所謂開采解放層，就是通過人工對解放層進(jìn)行開采，來降低礦井下的有害氣體壓力，減少地應(yīng)力，提高礦井的透氣系數(shù)，來避免有害氣體濃度過高，造成嚴(yán)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(qū)域，可以先對解放層進(jìn)行開采，嚴(yán)禁留有礦柱，以避免影響其他區(qū)域的正常開采。②預(yù)抽礦井內(nèi)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(dāng)中的有害氣體進(jìn)行抽放，來有效預(yù)井內(nèi)有害氣體濃度過高的事故發(fā)生。通過對存在較大危險區(qū)域的每層設(shè)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(nèi)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(fā)生。③礦層注水。通過對井內(nèi)突出礦井進(jìn)行注水，可以有效的改變礦層的力學(xué)性質(zhì)，增強礦體的可塑性，增加預(yù)壓帶，實現(xiàn)礦井內(nèi)有害氣體的提前釋放，減少突出危害的發(fā)生。在作業(yè)過程中，為了取得良好的注水效果，應(yīng)嚴(yán)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(dāng)?shù)奶砑右徊糠譂駶檮?。④超前鉆孔。對于有害氣體濃度超標(biāo)的礦井而言，本身的作業(yè)面可以分為正常、集中以及泄壓等三種應(yīng)力帶，其中泄壓應(yīng)力帶本身的氣體壓力、地應(yīng)力都較低，是有效抵御氣體濃度過高的重要防護(hù)帶。通過在開采作業(yè)面的前方一定區(qū)域，人為的進(jìn)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(yù)壓帶的長度，降井內(nèi)氣體濃度過高等安全事故的發(fā)生。

3 實例分析礦井內(nèi)氣體濃度治理技術(shù)應(yīng)用

某礦產(chǎn)企業(yè)，礦區(qū)含礦面積約為32.5km2。礦區(qū)可開采儲量約為1.7億噸?，F(xiàn)有4個生產(chǎn)采區(qū)，均為氣體濃度過高礦井。從近年來本礦區(qū)的氣體濃度涌出量來看，呈現(xiàn)出逐年增長的趨勢，至今已發(fā)生超過50次突出事故。

為了提高礦區(qū)開采作業(yè)的安全性，本企業(yè)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(dá)到預(yù)期的治理效果。經(jīng)過研究決定，采用氣體抽放的系統(tǒng)，通過負(fù)壓抽放，解決井內(nèi)氣體濃度過高等問題。

（1）高位巷鉆孔預(yù)抽。針對本礦區(qū)戊礦層區(qū)域，該區(qū)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(qū)域的礦體進(jìn)行鉆孔預(yù)抽有害氣體，鉆孔的深度要控制在掘進(jìn)巷道全斷面，實現(xiàn)鉆孔范圍內(nèi)的井內(nèi)有害氣體濃度含量降低到安全范圍以內(nèi)，然后再繼續(xù)進(jìn)行掘進(jìn)作業(yè)。

（2）工作面超前排放鉆孔抽放。在每個開采作業(yè)面，在施工之前，需要進(jìn)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(yè)的安全性。如圖1所示，利用這種治理技術(shù)，實現(xiàn)了抽放與打鉆的同時作業(yè)，即提高了作業(yè)面的安全性，也保障了礦區(qū)開采作業(yè)的正常進(jìn)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(yè)面的有害氣體涌出量也越來越高，依靠傳統(tǒng)的治理措施以及通風(fēng)措施，難以解決有害氣體的安全問題。因此，結(jié)合本工程的實際情況，采用淺孔卸壓抽放治理方法來進(jìn)行礦井回采。以某“偏E型”通風(fēng)礦井為例，通過新增一條高位回風(fēng)尾巷，斷面積為6.3㎡，走向長度與回風(fēng)巷相同，實現(xiàn)高濃氣體從此專用回風(fēng)巷進(jìn)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(yè)的安全性，本工程還引入了全方位的井下氣體濃度進(jìn)行檢測，以便于相關(guān)工作者及時掌握井下的具體分布，避免出現(xiàn)有害氣體積聚，引發(fā)安全事故的發(fā)生。②通過有效的通風(fēng)措施，可以有效的降低礦井內(nèi)的氣體含量。因此本工程在進(jìn)行通風(fēng)方式選擇時，采用了壓力式通風(fēng)，同時針對每個施工作業(yè)面，采用獨立的峰峰方式，避免相互之間串聯(lián)通風(fēng)，造成井下有害氣體積聚。

4 結(jié)語

綜上所述，對于井下有害氣體濃度過高礦區(qū)而言，本身的環(huán)境較為復(fù)雜，安全隱患較高，極易發(fā)生氣體濃度超標(biāo)等安全事故，不僅給整個礦產(chǎn)企業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失，而且危害相關(guān)從業(yè)者的人身安全。因此，必須重視礦區(qū)開發(fā)及治理措施的研究，結(jié)合礦區(qū)的實際情況，采取針對性的技術(shù)措施，降低礦井氣體濃度過高等事故的發(fā)生，保障礦區(qū)開采作業(yè)的安全性。