高瓦斯工作面瓦斯治理方式探討

摘 要：瓦斯災(zāi)害是礦山安全生產(chǎn)頭號(hào)公敵，高瓦斯工作面瓦斯治理更是采礦行業(yè)安全生產(chǎn)領(lǐng)域中的頭等大事和恒久主題，也是安全生產(chǎn)中的重中之重。針對(duì)瓦斯治理的技術(shù)和安全保障措施有極為嚴(yán)格的執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)，事無巨細(xì)，全礦上下各個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)必須嚴(yán)格遵守執(zhí)行，在瓦斯治理方式和選擇上，應(yīng)在原有技術(shù)基礎(chǔ)上，不斷探索新途徑，新技術(shù)解決瓦斯治理難題。煤層氣、瓦斯治理是一個(gè)重要方面，最好的預(yù)防與治理，其實(shí)重在利用，當(dāng)前瓦斯綜合治理工作雖然取得一定進(jìn)展，但仍任重道遠(yuǎn)。

關(guān)鍵詞：高瓦斯工作面;瓦斯治理;通風(fēng);抽采;利用

近幾年全國礦井事故中，瓦斯事故總量占很大比重。對(duì)高瓦斯工作面治理主要以通風(fēng)和抽采為主，抽采一般有兩種方式：一是在地面鉆井抽采;二是井下瓦斯抽放系統(tǒng)抽出。直接從地面鉆井開采的抽放瓦斯或煤層氣都是可以利用的，經(jīng)過地面開采和抽放以后，能夠極大減少風(fēng)排瓦斯量，降低了礦山對(duì)通風(fēng)的要求，改善礦工的安全生產(chǎn)條件。我國瓦斯的煤層氣資源非常豐富，作為非常規(guī)天然氣是優(yōu)質(zhì)的化工原料和能源燃料，如果積極開發(fā)至少可以開采出50億m3/a。由于受到地形地質(zhì)的影響，我國有些礦層透氣性較差，用地面鉆井開采方式，在地面開采難度較大，但隨著鉆井技術(shù)的發(fā)展，這些困難都在逐步克服，瓦斯加以合理利用既避免了排放大氣的污染，又可轉(zhuǎn)化為原材料和能源，產(chǎn)生巨大經(jīng)濟(jì)效益。

1 高瓦斯工作面的形成

對(duì)于礦井來講，瓦斯是有害的，主要是表現(xiàn)在瓦斯?jié)舛冗_(dá)到一定值時(shí)，會(huì)導(dǎo)致人的窒息、會(huì)導(dǎo)致爆炸或者燃燒事故的發(fā)生。瓦斯治理是一門系統(tǒng)的工程，要治理好，重要的是要弄懂它，在預(yù)防、技術(shù)、利用等方面多下功夫。高瓦斯的形成主要是：①緩慢、均勻、持久地從煤、巖暴露面和采落的煤炭中涌出，自采落下來的煤炭中放出瓦斯是礦內(nèi)瓦斯慣常來源;②在壓力狀態(tài)下的瓦斯，從采掘工作面煤壁內(nèi)放出瓦斯，如果大量、迅速地從裂隙中噴出，就會(huì)形成瓦斯噴出;③從煤巷兩幫及頂?shù)装宸懦鐾咚?④從采空區(qū)及圍巖煤壁中放出瓦斯。如果在短時(shí)間內(nèi)煤、巖與瓦斯一起突然由煤層或巖層內(nèi)噴出，就會(huì)造成煤、巖和瓦斯突出，是井下嚴(yán)重的事故之一。高濃度瓦斯在井下容易積聚的地方是采空區(qū);采煤工作面上隅角;巷道高冒處;停風(fēng)盲巷內(nèi);回采工作面的采空區(qū)邊界處等地方，采掘工作面遇到地質(zhì)構(gòu)造時(shí)，高瓦斯最容易聚集，在這幾個(gè)地點(diǎn)要特別重視瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測(cè)工作。

2高瓦斯工作面治理方式

高瓦斯工作面治理方式有很多，較常用有以下幾種：①引導(dǎo)風(fēng)流法，此方法實(shí)質(zhì)是將新鮮風(fēng)流引入瓦斯積聚的地點(diǎn)，把局部積聚的瓦斯沖淡、帶走;②沿空留巷排除法;③瓦斯抽采法;④充填置換法;⑤風(fēng)壓調(diào)節(jié)法（均壓通風(fēng)法）;⑥調(diào)整通風(fēng)方式法。技術(shù)不斷創(chuàng)新發(fā)展，對(duì)高瓦斯工作面瓦斯的處理也越來越有效。

2.1 通風(fēng)方式

治理瓦斯最主要措施首先要保證有效的通風(fēng)，使礦井下所有的工作場(chǎng)所的瓦斯?jié)舛瓤刂圃诎踩姆秶畠?nèi)，圍繞這一目標(biāo)所做的一切工作都是治理瓦斯的方法。保持井下通風(fēng)防止瓦斯積聚，就要合理選擇最佳的通風(fēng)系統(tǒng)，加強(qiáng)通風(fēng)管理工作，做到有效、穩(wěn)定和連續(xù)不斷，將礦井內(nèi)涌出的瓦斯及時(shí)沖淡排出，使采掘工作面和生產(chǎn)井巷中的瓦斯?jié)舛确稀兑?guī)程》規(guī)定的相關(guān)要求。在生產(chǎn)中及時(shí)對(duì)局部積存較高瓦斯，以及處理易于積存瓦斯地點(diǎn)，比如在回采工作面上隅角或采空區(qū)邊界處，頂板冒落的空洞內(nèi)，低風(fēng)速頂板附近，停風(fēng)盲巷及采煤機(jī)附近。及時(shí)處理工作面局部積存瓦斯是礦井日常瓦斯管理重要內(nèi)容，也是預(yù)防瓦斯爆炸事故、保證安全生產(chǎn)關(guān)鍵工作。通常主要方法如：增加供風(fēng)量，設(shè)置風(fēng)簾等，向瓦斯積存地點(diǎn)加大供風(fēng)量或提高風(fēng)速，將瓦斯沖淡排出;將盲巷和頂板空洞內(nèi)積存的瓦斯封閉隔絕;通風(fēng)治理方法應(yīng)確保各個(gè)用風(fēng)地點(diǎn)風(fēng)量充足，防止瓦斯聚積，加強(qiáng)通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化與管理。具體方案，需根據(jù)礦井實(shí)際情況和瓦斯?jié)舛惹闆r采取相應(yīng)方式，必要時(shí)應(yīng)采取抽放的措施。

2.2 瓦斯抽采方式

有效抽采瓦斯可以將瓦斯含量和壓力降低到安全水平，從根本上消除瓦斯災(zāi)害。瓦斯抽采鉆孔屬于采礦行業(yè)龐大的井下工程。瓦斯抽采鉆孔是建設(shè)在煤層瓦斯和抽采管路系統(tǒng)之間的獨(dú)有通道，利用瓦斯鉆孔抽采，是井下高瓦斯從煤層深部流出的唯一有效途徑。鉆孔質(zhì)量決定瓦斯抽采效率的高低和治理的成效。保障瓦斯抽采鉆孔質(zhì)量，提高鉆孔的瓦斯抽采效果和長期穩(wěn)定性，是鉆孔技術(shù)治理瓦斯的核心內(nèi)容和最高技術(shù)目標(biāo)。提高瓦斯抽采鉆孔質(zhì)量是瓦斯治理技術(shù)和管理的攻堅(jiān)戰(zhàn)，通過技術(shù)創(chuàng)新、工程質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化管理、工程質(zhì)量過程管理和工程質(zhì)量目標(biāo)管理等四方面提升，能夠?qū)崿F(xiàn)高瓦斯工作面鉆孔瓦斯預(yù)抽效果質(zhì)的提升。

2.2.1 抽采技術(shù)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化

瓦斯抽采管路布設(shè)要規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化，從鉆孔施工設(shè)計(jì)、鉆孔質(zhì)量管理、鉆孔現(xiàn)場(chǎng)定位、施工工藝、封孔工藝、抽采階段一律實(shí)行標(biāo)準(zhǔn)化。首先由地質(zhì)部門對(duì)工作面瓦斯地質(zhì)條件進(jìn)行評(píng)價(jià)，以確定瓦斯抽采各項(xiàng)指標(biāo)體系。制定瓦斯抽采鉆孔施工設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化模板，按照標(biāo)準(zhǔn)模板，各礦完成單個(gè)瓦斯抽采鉆孔的施工設(shè)計(jì)。鉆孔現(xiàn)場(chǎng)定位階段，由瓦斯抽采管理部門組織，抽采、地質(zhì)和鉆孔施工隊(duì)共同參與現(xiàn)場(chǎng)鉆孔定位。鉆孔施工工藝應(yīng)根據(jù)煤層瓦斯地質(zhì)條件和施工設(shè)計(jì)要求，優(yōu)選鉆機(jī)和鉆具，按照要求完成鉆孔施工。鉆孔封孔工藝采用囊袋式“兩堵一注”專用封孔材料和帶壓封孔工藝，封孔壓力不低于2MPa。抽采管路統(tǒng)一選購標(biāo)準(zhǔn)抽采管路和連接件，管路附屬設(shè)施齊全。單元化抽采管理，統(tǒng)一采用能夠重復(fù)利用高壓管外連接和不銹鋼材質(zhì)接頭進(jìn)行連孔。采數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)實(shí)行標(biāo)準(zhǔn)化，礦井安裝瓦斯抽采在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，系統(tǒng)隨井下巷道掘進(jìn)及抽采鉆孔的施工及時(shí)擴(kuò)展安裝，實(shí)時(shí)反映各監(jiān)測(cè)點(diǎn)抽采基本情況。根據(jù)瓦斯抽采濃度和流量，評(píng)價(jià)瓦斯抽采的綜合效果，做到抽采效果評(píng)價(jià)定量化。注重瓦斯抽采效果，即瓦斯抽采濃度和流量，封孔24h內(nèi)濃度不得超標(biāo)，百米鉆孔抽采量達(dá)到規(guī)定要求。

2.2.2 孔深到位達(dá)標(biāo)

瓦斯抽采鉆孔質(zhì)量控制過程管理特別要求管控好五個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)：鉆孔設(shè)計(jì)、鉆孔施工、下篩管和封孔、抽采管路密封和抽采計(jì)量，任何環(huán)節(jié)的質(zhì)量缺陷，都將造成鉆孔質(zhì)量和抽采效果嚴(yán)重?fù)p失。應(yīng)做到科學(xué)設(shè)計(jì)、優(yōu)質(zhì)施工、明確和掌握標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范施工操作，對(duì)下篩管護(hù)孔、保證封孔質(zhì)量、聯(lián)網(wǎng)抽采監(jiān)測(cè)和日常放水管理等環(huán)節(jié)加強(qiáng)管理。按照設(shè)計(jì)要求，保證鉆孔、封孔、接網(wǎng)等工程質(zhì)量，鉆孔深度不達(dá)設(shè)計(jì)深度。對(duì)于突出煤層，按照設(shè)計(jì)要求，鉆孔深度到位是基本目標(biāo)，故對(duì)每一個(gè)鉆孔都認(rèn)真監(jiān)管和檢查，確保鉆孔施工到位。目前比較先進(jìn)的抽采鉆孔技術(shù)是高位定向長鉆孔（圖1），可很好保證瓦斯抽采濃度達(dá)標(biāo)。抽采濃度是評(píng)價(jià)瓦斯抽采效果的基本參數(shù)。規(guī)定達(dá)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)為封孔后24h內(nèi)鉆孔瓦斯抽采濃度達(dá)到40%以上，3個(gè)月內(nèi)不得低于30%。在嚴(yán)格要求和管理下，有效減少鉆孔工程量，減少瓦斯治理費(fèi)用，降低抽采成本，節(jié)省瓦斯抽采的成本費(fèi)。

綜上所述，我國是能源需求大國，瓦斯最好的治理其實(shí)是高效利用這種熱值高、無污染的清潔能源，用于化工原料、工業(yè)燃料和居民生活燃料。瓦斯隨煤炭開采泄漏到大氣中是巨大的浪費(fèi)，并且會(huì)加劇地球溫室效應(yīng)，而采用有效措施對(duì)瓦斯回收利用，在采煤之前就先將瓦斯等煤層氣進(jìn)行采出，既能提高礦井安全系數(shù)，又使煤層氣經(jīng)利用產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益，促進(jìn)社會(huì)發(fā)展。

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[3]馬福平.高瓦斯掘進(jìn)工作面的瓦斯治理方法研究.能源與節(jié)能，2018（06）.

作者簡介：

王瑞德（1986- ），男，山西平定人，礦井通風(fēng)工程師，2013年1月畢業(yè)于太原科技大學(xué)礦井通風(fēng)與安全專業(yè)，主要從事煤礦安全生產(chǎn)管理工作。