礦井瓦斯治理分析及防突對策研究

趙硯 黃金龍 趙宇博

鐵煤集團大興煤礦 遼寧調(diào)兵山 112700

1 瓦斯突出的一般規(guī)律

瓦斯是一類無色無味的可燃性氣體，煤礦生產(chǎn)中的瓦斯氣體是引發(fā)安全事故的主要誘因，因此，對瓦斯突出開展了廣泛的研究。目前煤礦生產(chǎn)的開采強度逐漸增大，生產(chǎn)模式已切換為以瓦斯抽采量確定產(chǎn)量，瓦斯突出的預(yù)防工作已經(jīng)迫在眉睫，這也是做好煤礦安全生產(chǎn)的關(guān)鍵。在煤礦開采過程中，煤層深度越深，瓦斯含量也越高，一方面影響著正常的煤炭開采進程，另一方面也對安全生產(chǎn)產(chǎn)生了較大的安全威脅，通常瓦斯安全事故與其性質(zhì)以及開采煤礦的地質(zhì)結(jié)構(gòu)均有關(guān)系，短時間內(nèi)瓦斯氣體在小空間內(nèi)的大量聚集將有易燃易爆的風(fēng)險?？傮w上，瓦斯突出是一類復(fù)雜的動力過程，依據(jù)動力效應(yīng)的差異，其破壞程度也是不同的，其誘因包括了地應(yīng)力以及煤礦的結(jié)構(gòu)力學(xué)性質(zhì)等方面[1]。雖然對其產(chǎn)生的機理未進行徹底的分析，但通過發(fā)生事故的大數(shù)據(jù)分析，總結(jié)出了一系列與瓦斯突出相關(guān)的基本規(guī)律。

（1）煤礦開采的危險性與開采深度密切相關(guān)，兩者呈現(xiàn)正比例的變化趨勢，大量實踐表明，瓦斯突出存在最初始的突出深度范圍，且瓦斯突出發(fā)生的概率伴隨開采深度的加深而變大。

（2）瓦斯突出事故頻發(fā)于地質(zhì)構(gòu)造帶以及掘進工作面。

（3）瓦斯突出以及煤礦安全事故發(fā)生前大多有預(yù)兆，如異常音、壁面開裂以及瓦斯?jié)舛鹊耐蛔兊取?/p>

（4）在煤礦井中，瓦斯主要以兩種狀態(tài)存在，即游離態(tài)和吸附態(tài)。游離態(tài)主要分布于煤礦井下的大孔隙中，吸附態(tài)瓦斯主要吸附于煤層中，通常吸附態(tài)的瓦斯占據(jù)主要比例。在煤層中，瓦斯通過擴散運動以及層流滲透作用進行擴散，而擴散運動多滿足達西滲透定律以及菲克擴散定律的特性，因此瓦斯在煤礦中的運動涵蓋了擴散以及滲透兩個方面的范疇，且以擴散作用為主，主要發(fā)生在微空隙中[2]。

2 通風(fēng)技術(shù)在瓦斯治理中的應(yīng)用

2.1 煤礦瓦斯治理采用

U + L 型兩進一回通風(fēng)方式隨著煤礦的開采越來越深，越來越多的人進行開采，工作面以及采空區(qū)域的壓力差也不斷增加，若不能盡快對采空域?qū)嵤┲卫矸椒?，則它的底層瓦斯將會逐漸流向工作層，會對礦井的安全造成影響。另一方面，由于工作面的兩邊回風(fēng)順槽和運輸順槽都有很大的壓力差，只要采空區(qū)有透風(fēng)現(xiàn)象發(fā)生時，瓦斯就會隨著風(fēng)的流向進到工作面，此外，會在隅角聚集，慢慢地進到工作面。這種類型的通風(fēng)技術(shù)會把巷道作為進風(fēng)的巷道或通道，如軌道巷和皮帶巷，風(fēng)流會在這兩個巷道和工作面之間形成完整的通風(fēng)系統(tǒng)。這種類型的通風(fēng)方法有下面幾個優(yōu)勢。

（1）工作面的隅角與入風(fēng)的一條巷道對立，因為進風(fēng)巷道壓力大，能夠抑制瓦解工作面出現(xiàn)的瓦斯，進而使其從巷道中排出，給工作面的開采打下堅實的基礎(chǔ)。

（2）因為入風(fēng)巷道的壓力比較高，按照風(fēng)壓平衡的相關(guān)概念，大部分采空區(qū)域中的風(fēng)流會流入回風(fēng)中，隨著回風(fēng)流都從回風(fēng)巷道中排出，這對工作面瓦斯在含量上的提升會有很大的幫助。這種類型的通風(fēng)方法的起始點是回風(fēng)巷道中瓦斯的管理，使用風(fēng)流加快瓦斯的轉(zhuǎn)移與擴散的速度，減少礦井中含有的瓦斯量，對確保礦井的安全生產(chǎn)有很大的作用。由于這種類型的通風(fēng)方法原理是使用兩條入風(fēng)巷道，有很大的入風(fēng)能力，可以完全過濾因瓦斯涌出量大使工作面的風(fēng)量不足的狀況[3]。

2.2 高瓦斯綜采工作層使用偏 W 型通風(fēng)技術(shù)

此技術(shù)在通風(fēng)線路的基礎(chǔ)之上，將一條獨立回風(fēng)巷設(shè)置在皮帶巷和軌道巷之間。在施工回風(fēng)巷時，在新增加的回風(fēng)巷與軌道巷之間預(yù)留一個 5m 的煤柱，它用來保證各條通風(fēng)線路不會互相影響，維護巷道穩(wěn)定，不出現(xiàn)串風(fēng)和跑風(fēng)。此系統(tǒng)使用兩條巷道入風(fēng)：軌道巷和皮帶巷，回風(fēng)巷用來回風(fēng)，形成兩入一回的通風(fēng)環(huán)境。這樣設(shè)計的優(yōu)點在于兩條進風(fēng)道正對于瓦斯高的兩個角，因入風(fēng)風(fēng)量大，風(fēng)速高，瓦斯在巷道上的角落處積聚現(xiàn)象得到處理。因該系統(tǒng)使用兩條巷道進行通風(fēng)，故工作面的通風(fēng)量比之前的方式大一倍，能有效保證工作面正常工作，改善壓力太小的狀態(tài)。這樣面對壓力太小的工作面時，采空區(qū)瓦斯也可以通過回風(fēng)巷道排出，使該區(qū)域的瓦斯均勻緩慢擴散。

3 區(qū)域防突策略

區(qū)域性瓦斯防突對策主要考慮了在整個煤礦開采區(qū)域內(nèi)瓦斯氣體的濃度特性，在煤礦開采過程中，勢必會產(chǎn)生大量的瓦斯氣體，而區(qū)域性防突策略的關(guān)鍵點在于，及時抽離煤礦礦井中產(chǎn)生的瓦斯氣體，將作業(yè)區(qū)域內(nèi)的瓦斯氣體濃度控制在比較低的含量水平。因此逐漸釋放區(qū)域內(nèi)瓦斯壓力一級施工面瓦斯壓力，進而使得瓦斯突出的安全隱患降至最低層次，更有助于確保安全生產(chǎn)，且抽出的瓦斯氣體可進行可持續(xù)利用，用于清潔能源，提升能源利用率的同時，也確保了煤礦開采的安全性。同時，為進一步提升瓦斯防突的效果，還需注意對瓦斯抽采孔進行科學(xué)合理化設(shè)計，嚴(yán)格控制孔徑以及開采深度，依據(jù)煤礦實際結(jié)構(gòu)特性開展針對性的防突設(shè)計，如計算煤礦層中的瓦斯氣體濃度，瓦斯抽離方式的選擇等方面。

4 結(jié)語

為進一步確保煤礦開采的安全性以及可靠性，需重點關(guān)注防止瓦斯安全事故的安全技術(shù)措施，由于煤礦瓦斯治理及防突是一項長久的系統(tǒng)化工程，需構(gòu)建完善的技術(shù)與管理應(yīng)用體系，通過區(qū)域性對策以及局部性對策兩方面對瓦斯突出以及爆炸問題進行預(yù)防。在實際應(yīng)用中應(yīng)結(jié)合礦井的實際構(gòu)造以及開采難度、瓦斯?jié)舛鹊忍匦赃x用合理的防突及防爆策略，提升煤炭開采過程的安全性、可靠性以及高效性。