礦井瓦斯治理工藝措施研究

徐 偉

（陽煤集團(tuán)壽陽開元礦業(yè)有限責(zé)任公司，山西 陽泉 045000）

在煤礦的開采中，瓦斯是煤礦最重要的危險源之一，煤礦生產(chǎn)對瓦斯?jié)舛扔袠O為嚴(yán)格的要求。例如，綜采面、放炮地點風(fēng)流中瓦斯?jié)舛缺仨毿∮?%，否則嚴(yán)禁打眼和爆破。達(dá)到1.5%時，必須停止工作，切斷電流，撤離人員。但是由于地層中瓦斯含量大，瓦斯的流動性和擴散性極強，這就為瓦斯的控制提高了困難。如果想要保證瓦斯含量在一定濃度以下，就必須通過抽采和通風(fēng)工藝來實現(xiàn)。只有制定好抽采及通風(fēng)工藝措施，才能保證瓦斯不會對生產(chǎn)安全造成威脅。

1 礦井瓦斯來源

我國煤礦的瓦斯災(zāi)害嚴(yán)重威脅著井下員工的生命安全，是每個煤礦的“心頭大患”。瓦斯災(zāi)害給煤礦帶來巨大的經(jīng)濟負(fù)擔(dān)和經(jīng)濟損失，有的甚至直接導(dǎo)致煤礦破產(chǎn)。僅1993 年—2003 年，10 年時間發(fā)生了6 起特大瓦斯爆炸事故。因此瓦斯災(zāi)害嚴(yán)重制約了我國煤礦的發(fā)展腳步。

瓦斯的治理，需要深入分析瓦斯的來源方式，針對瓦斯的來源制定控制方案。一般的，瓦斯來源可以分為三部分。第一部分是綜采工作面采煤時涌出的瓦斯，這部分瓦斯是因為吸附在煤炭上的少部分瓦斯解吸后釋放，可以稱為落煤瓦斯。第二部分則是掘進(jìn)工作面瓦斯涌出。第三部分是通過圍巖、鄰近層以及回采丟煤過程中的瓦斯涌出，稱為采空區(qū)瓦斯涌出。其中，采空區(qū)瓦斯涌出一般是煤礦瓦斯的最主要的來源，也是防治的重中之重。

2 瓦斯治理的工藝原理

瓦斯治理采用的工藝，是通過在地面建立瓦斯泵站，經(jīng)過井下瓦斯管道，配合通風(fēng)系統(tǒng)，抽取后排出或用于其它行業(yè)。瓦斯抽取過程中，需要根據(jù)煤層賦予的實際條件、瓦斯來源、巷道布置以及瓦斯參數(shù)合理的選擇。選擇過程中，需要依據(jù)以下工藝原則：

1）減少巷道開采的工作量，盡量實現(xiàn)開采巷道和瓦斯抽取巷道相結(jié)合。

2）瓦斯抽放方法適合地質(zhì)條件，適合煤層賦存狀況。

3）工藝設(shè)計應(yīng)該方便管路施工，抽放時間的增加以及管道的鋪設(shè)。

3 瓦斯治理工藝

對于瓦斯含量不大于8 m3/t 的區(qū)域，可以采用頂板抽采巷的方法治理鄰近瓦斯層，防止頂板冒落。對于回采工作面進(jìn)行瓦斯抽放時，先將采空區(qū)進(jìn)行封閉處理，在回風(fēng)巷每隔40 m 左右掘一個斜向上的繞行巷道，然后向上方打鉆。然后密封進(jìn)行抽放瓦斯?；夭山Y(jié)束以后，將入風(fēng)巷和回風(fēng)巷用黏土進(jìn)行永久性密封處理，接好管路抽放瓦斯（見圖1）。

圖1 采空區(qū)瓦斯治理施工示意圖

3.1 布孔方式

在回采工作面進(jìn)行順層鉆孔施工設(shè)計時，需要注意布孔采用交叉式布置。平行鉆孔位距離煤層底板1 m，斜交鉆孔距離煤層底板1.5 m。在這里要求平行鉆孔垂直于順槽方向，斜交鉆孔的孔底與工作面相迎。兩種鉆孔采取交錯布置，厚煤區(qū)適當(dāng)增加平行鉆孔數(shù)量。封孔方式采用聚氨酯封孔，封孔長度約1 m，深度約8 m。鉆孔參數(shù)見表1，布孔示意圖見圖2。

表1 鉆孔參數(shù)表

圖2 回采工作面瓦斯抽取布孔示意圖（m）

在鉆孔過程中，需要把握好壓力、速度與排渣三個要素，以防止出現(xiàn)夾鉆的現(xiàn)象。夾鉆現(xiàn)象一般是排渣不及時導(dǎo)致的，所以需要遵循“低壓慢進(jìn)，掏空前進(jìn)”的策略。排渣采用風(fēng)力排渣時，保證風(fēng)壓在0.5 MPa，管路中需要有風(fēng)水隔離器，為了防止著火事故，鉆機也要有“風(fēng)、水”三通，供水壓力也不應(yīng)小于0.5 MPa。鉆孔過程中，2 m 范圍內(nèi)必須要有CO、CH4報警器，一旦發(fā)生著火事故，必須立即停止作業(yè)，撤離現(xiàn)場。

3.2 鉆場及封孔布置

鉆場選址要在工作面順槽下幫，鉆場一般間距在40 m 左右。鉆場一般要求采用36U 鋼半圓孔支護(hù)，規(guī)格為4.0 m×4.5 m×3.28 m。鉆場示意圖見圖3：

圖3 鉆場布置示意圖（m）

根據(jù)多年實踐經(jīng)驗，封孔時聚氨酯黑料和白料配比1∶2，膨脹延續(xù)時間40 s，封孔效果最佳，利于井下作業(yè)。如果壓力較大，封孔深度應(yīng)達(dá)到10 m 左右。

3.3 煤礦通風(fēng)方式

煤礦的通風(fēng)需要根據(jù)進(jìn)風(fēng)、回風(fēng)井的位置，選用不同的通風(fēng)方式。目前最主要的通風(fēng)方式有四種，分別是中央式、對角式、區(qū)域式以及混合式。中央式分為中央邊界式和中央并列式，中央邊界式適用于瓦斯多，而中央并列式適用于煤層瓦斯少的環(huán)境；對角式也分為分區(qū)對角式和兩翼對角式，其中兩翼對角式最適用于易發(fā)生瓦斯爆炸、火災(zāi)的礦井；區(qū)域式提供了一個獨立的回風(fēng)系統(tǒng)，而混合式則適用于地質(zhì)條件苛刻的環(huán)境。各種通風(fēng)方式的優(yōu)缺點見表2。

表2 各種通風(fēng)方式的優(yōu)缺點

目前有部分煤礦對通風(fēng)方式進(jìn)行了改進(jìn)，采用了U+L 兩進(jìn)一回的通風(fēng)方式。這種通風(fēng)方式的優(yōu)勢在于把軌道巷或者皮帶巷作為了進(jìn)風(fēng)通道，增強了通風(fēng)系統(tǒng)的透風(fēng)能力。使用風(fēng)流將巷道內(nèi)積聚的瓦斯進(jìn)行快速的轉(zhuǎn)移和擴散，兩條巷道作為進(jìn)風(fēng)巷減少了因瓦斯過多而使工作面風(fēng)量不夠的情況。對于高瓦斯綜采工作面采用偏W 型通風(fēng)技術(shù)，這種技術(shù)

方案是在軌道和皮帶巷之間再建一條巷道作為回風(fēng)

巷，回風(fēng)巷與軌道巷用煤柱隔開，以保證通風(fēng)線路互相獨立且不漏風(fēng)。W 型通風(fēng)技術(shù)的原理是軌道與皮帶巷作為進(jìn)風(fēng)巷，形成了一回兩進(jìn)的通風(fēng)格局，風(fēng)量增加一倍，通風(fēng)能力極強，特別適用于高瓦斯含量的工作環(huán)境。

3.4 瓦斯治理工藝的管理

煤礦井下瓦斯治理除工藝因素外，還包括對瓦斯的監(jiān)測與管理。從整體考慮，在進(jìn)行瓦斯治理時需要遵循“監(jiān)測監(jiān)控，調(diào)控結(jié)合，側(cè)重堵放，綜合治理”的原則。首先，在開采階段的工藝設(shè)計，應(yīng)以“放”為主，保證綜采面內(nèi)瓦斯含量達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)以下。開采結(jié)束后，應(yīng)以“堵”為主，保證瓦斯不泄露。其次，需要制定治理瓦斯的防控制度，對員工進(jìn)行技術(shù)培訓(xùn)及考核，使員工能夠根據(jù)規(guī)范進(jìn)行正確操作和施工。然后，需要加強瓦斯含量監(jiān)控，當(dāng)某一區(qū)域出現(xiàn)異常時，能夠有快速的報警響應(yīng)。有條件的情況下，應(yīng)對瓦斯抽采設(shè)備和通風(fēng)設(shè)備也進(jìn)行監(jiān)控，隨時知道設(shè)備的工作狀態(tài)。最后是加強應(yīng)急演練，當(dāng)瓦斯含量突然增高時，需要讓員工熟練的掌握應(yīng)急措施和逃生方式，避免人員傷亡事故。

4 結(jié)語

礦井瓦斯治理是一個復(fù)雜而系統(tǒng)的工程，主要依靠瓦斯抽放系統(tǒng)配合通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行治理。進(jìn)行瓦斯抽放施工時，必須遵循鉆孔和鉆場的布置原則，充分重視鉆孔、鉆場的工藝設(shè)計。只有合理的工藝設(shè)計，才能從根本上改善礦井瓦斯治理效果。同時也要加強設(shè)備和人員管理，吸收先進(jìn)的理論，更好地保障煤礦安全運行。