礦井壓力基礎(chǔ)理論在瓦斯治理中的應(yīng)用

摘 要：本文主要通過對(duì)雙柳煤礦的密閉墻處理、回采工作面控風(fēng)設(shè)施砌筑、上隅角流場(chǎng)區(qū)域內(nèi)瓦斯治理等關(guān)鍵性技術(shù)來闡述礦井壓力基礎(chǔ)理論在瓦斯治理中的應(yīng)用，通過壓力基礎(chǔ)理論應(yīng)用使得雙柳煤礦密閉墻前瓦斯?jié)舛冉档椭?.04%左右，回采工作面上隅角和回風(fēng)流中瓦斯?jié)舛绕骄陆?.2%以上，進(jìn)一步節(jié)約了瓦斯治理成本，為今后依靠通風(fēng)方法治理瓦斯提供了堅(jiān)實(shí)的理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：礦井；瓦斯治理

氣溫急劇變化條件下的采空區(qū)瓦斯異常涌出、煤與瓦斯突出礦井回采工作面通風(fēng)設(shè)施的砌筑、上隅角瓦斯異常涌出等問題都嚴(yán)重制約著礦井安全生產(chǎn)，回采工作面控風(fēng)設(shè)施的砌筑位置不同會(huì)導(dǎo)致回采工作面的瓦斯異常區(qū)域分布不同，同時(shí)井下采空區(qū)的瓦斯在大氣壓力急劇變化的影響下會(huì)異常涌出，因此如何能夠?qū)⒌V井壓力基礎(chǔ)理論應(yīng)用到礦井瓦斯治理中成為本文想要闡述的重點(diǎn)。

1 氣壓變化與與礦井采空區(qū)瓦斯涌出關(guān)聯(lián)性探究

1.1 柳林地區(qū)氣溫變化對(duì)雙柳煤礦井下采空區(qū)瓦斯涌出的影響

氣壓是隨大氣高度而變化的；大氣柱的重量還受到密度變化的影響，空氣的密度愈大，也就是單位體積內(nèi)空氣的質(zhì)量愈多，其所產(chǎn)生的大氣壓力也愈大。以汾西礦業(yè)雙柳煤礦所在的柳林縣氣溫變化為例，從中選取了3月17、18日兩天的氣溫差和同日早晚溫差做為研究條件，并對(duì)23（4）08材巷密閉瓦斯情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，結(jié)果見下圖：

3月17日最低氣溫和最高氣溫溫差為7℃，密閉墻前瓦斯?jié)舛茸兓畲笾禐?.25%；從3月17日-3月18日的氣溫變化情況可以看出，兩日氣溫變化幅度為12℃，兩日同一密閉墻體的瓦斯?jié)舛茸畲笾底兓葹?.96%。

1.2 井下采空區(qū)密閉瓦斯涌出與氣溫變化的關(guān)聯(lián)性及處理方法

1.2.1 采空區(qū)密閉內(nèi)外壓差變化理論基礎(chǔ)

采空區(qū)密閉墻體內(nèi)外由于在密閉初期內(nèi)外氣體組分基本相同，同時(shí)在密閉墻體內(nèi)外緊貼墻壁條件下選取兩個(gè)處于同一標(biāo)高的點(diǎn)A和點(diǎn)B，則在密閉封頂?shù)倪@一時(shí)間可以看做是密閉墻內(nèi)外壓差為0的起點(diǎn)，那么A/B兩點(diǎn)的受力情況如下下式所示：

1.2.2 密閉墻外巷道負(fù)壓變化對(duì)采空區(qū)瓦斯涌出的影響

當(dāng)氣溫急劇變化期間，尤其是井下空氣溫度在一個(gè)工作日內(nèi)急劇升高時(shí)，可能導(dǎo)致密閉墻內(nèi)外溫差加大，根據(jù)公式（2）可得：

墻外溫度升高，大氣壓力降低，密閉外的A點(diǎn)相對(duì)靜壓恒為負(fù)值，當(dāng)大氣壓力P0降低時(shí)，風(fēng)機(jī)運(yùn)行參數(shù)不變的情況下，A點(diǎn)所受的相對(duì)靜壓的代數(shù)值減小；同時(shí)閉墻內(nèi)的B點(diǎn)因溫度基本不變，且密閉區(qū)域內(nèi)風(fēng)流無運(yùn)動(dòng)，故B點(diǎn)的相對(duì)靜壓基本接近于氣溫變化前的大氣壓力，故密閉空腔內(nèi)的瓦斯涌出量增大。

1.2.3 采空區(qū)密閉處理方法探究與應(yīng)用

根據(jù)氣溫急劇變化期間的瓦斯涌出情況制定了《雙柳煤礦密閉墻處理方案》，確定了“現(xiàn)有密閉外側(cè)重新砌筑一道密閉+夾層添加黃土+外側(cè)閉墻噴漿”的處理模式。采取上述措施后，采空區(qū)密閉墻前瓦斯?jié)舛扔商幚砬暗?%以上維持在0.04%左右。

1.3 回采工作面風(fēng)量調(diào)整對(duì)瓦斯涌出的影響

1.3.1 雙柳煤礦回采工作面通風(fēng)系統(tǒng)簡(jiǎn)介

雙柳煤礦回采工作面采用“U”型通風(fēng)方式，隨著回采推進(jìn)，工作面的配風(fēng)量需進(jìn)行調(diào)整，根據(jù)防突礦井管理要求，雙柳煤礦回采工作面的風(fēng)量調(diào)節(jié)主要依靠進(jìn)風(fēng)順槽內(nèi)的調(diào)節(jié)設(shè)施進(jìn)行調(diào)節(jié)。

1.3.2 回采工作面控風(fēng)設(shè)施構(gòu)筑位置與上隅角瓦斯涌出的關(guān)系

此時(shí)上隅角的瓦斯涌出較為緩慢且瓦斯涌出量較小，同理，當(dāng)回采工作面的控風(fēng)設(shè)施設(shè)置在進(jìn)風(fēng)側(cè)時(shí)，瓦斯等有毒有害氣體多從上隅角一側(cè)涌出。

1.3.3 雙柳煤礦回采工作面上隅角瓦斯治理措施

針對(duì)此，礦方確立了“本煤層抽采+高低位裂隙鉆孔抽采+頂板走向長(zhǎng)距離鉆孔抽采”的回采工作面瓦斯治理模式，同時(shí)根據(jù)回采期間上隅角瓦斯涌出情況制定了采空區(qū)密閉埋管抽放方案并組織實(shí)施，具體為：利用雙柳煤礦回采工作面抽采巷和運(yùn)輸順槽之間的橫貫密閉墻進(jìn)行埋管抽放來輔助治理上隅角瓦斯，通過分區(qū)段連續(xù)在橫貫密閉上埋設(shè)抽放管路的方式，在回采過程中及風(fēng)量調(diào)整期間瓦斯異常涌出的情況明顯減少，涌出量也顯著降低，抽采效果分析如表1。

2 結(jié)論

采空區(qū)密閉的施工質(zhì)量是采空區(qū)瓦斯涌出的決定性因素，在氣溫急劇變化情況下，做好采空區(qū)和備采區(qū)及生產(chǎn)區(qū)的“隔離”是關(guān)鍵，采空區(qū)密閉施工應(yīng)采用填充新型密閉材料+外側(cè)噴漿的方式來克服大氣壓力急劇變化條件下的閉墻“呼吸”現(xiàn)象；“頂板走向長(zhǎng)距離鉆孔+高低位裂隙鉆孔+上隅角流場(chǎng)區(qū)域密閉埋管抽放”是一種針對(duì)自燃發(fā)火不嚴(yán)重礦井瓦斯治理中的很好選擇。

參考文獻(xiàn)：

[1]俞啟香，王凱，楊勝強(qiáng).中國采煤工作面瓦斯涌出規(guī)律及其控制研究[J].中國礦業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2000，29（1）：9-14.

[2]張國樞.通風(fēng)安全學(xué)[M].徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2007.

作者簡(jiǎn)介：

周錦文（1991- ），男，山西盂縣人，2014年畢業(yè)于華北科技學(xué)院安全工程專業(yè)，工學(xué)學(xué)士，助理工程師，從事礦井通風(fēng)工作。