采煤工作面瓦斯綜合治理技術(shù)研究

＊田 淵

（山西潞安郭莊煤業(yè)有限責(zé)任公司 山西 046100）

煤炭是我國最主要的能源來源，一直以來都是我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展、社會(huì)建設(shè)的重要驅(qū)動(dòng)力。但是煤礦開采過程中，由于以井下作業(yè)為主，所以安全事故頻發(fā)，其中對(duì)井下工作者威脅最大的就是瓦斯問題。一旦出現(xiàn)瓦斯積聚、瓦斯超限等問題，就很容易導(dǎo)致引起爆炸事故，導(dǎo)致礦井塌陷。礦井下的工作人員在開采過程中難免面臨瓦斯爆炸的威脅，所以這就需要我們采取技術(shù)措施來治理瓦斯，因而針對(duì)采煤工作面瓦斯治理技術(shù)進(jìn)行探究有一定的現(xiàn)實(shí)意義。

1.瓦斯在采煤工作面出現(xiàn)的原因

(1)采煤工作面瓦斯的成因

采煤工作面瓦斯的成因主要分為三個(gè)方面，分別是采落煤、采空區(qū)以及煤壁，其中采落煤和煤壁所導(dǎo)致出現(xiàn)的瓦斯是最多的。隨著開采時(shí)間的不斷增加，瓦斯出現(xiàn)的強(qiáng)度也越來越小，其重要原因就在于落煤技術(shù)的應(yīng)用。由于采煤的過程，對(duì)礦山形成壓力，所以造成巖壁裂縫，進(jìn)而導(dǎo)致瓦斯泄漏，與此同時(shí)，采煤技術(shù)應(yīng)用不當(dāng)，以及煤層自身存在的裂縫都會(huì)導(dǎo)致工作面溢出瓦斯。而采空區(qū)瓦斯又可以分為圍巖和停留的采空區(qū)所形成的瓦斯，其工作面大多臨近回風(fēng)隅角。而采煤工作面在開采之初出現(xiàn)瓦斯，其原因在于采煤工作面開采方向的采落煤和煤壁，隨著開采工作的進(jìn)行，開采現(xiàn)場出現(xiàn)了風(fēng)流場。

(2)瓦斯爆炸的成因

在不同地點(diǎn)出現(xiàn)的瓦斯爆炸事故其原因也是多種多樣的，但是對(duì)過去瓦斯爆炸事故的成因進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析，我們?nèi)匀粫?huì)發(fā)現(xiàn)一些共同點(diǎn)，例如瓦斯爆炸往往會(huì)引起特大事故，造成巨大損失；而在事故地點(diǎn)方面，也大多集中于采煤面和掘進(jìn)工作面，同時(shí)由于瓦斯爆炸會(huì)造成嚴(yán)重破壞，所以波及范圍也較廣泛，所以對(duì)瓦斯爆炸相關(guān)成因進(jìn)行分析極為關(guān)鍵。

一般來說，瓦斯爆炸最主要原因就是煤塵引燃，如果瓦斯積累較多，一旦出現(xiàn)煤塵引燃，就會(huì)造成爆炸事故。而瓦斯積聚則一般由于巷道通風(fēng)不暢，舉例來說，我國2020年已經(jīng)沒有重特大瓦斯事故，但縱觀過去發(fā)生過的瓦斯爆炸事故，其大多都是由于通風(fēng)不暢導(dǎo)致的瓦斯積聚問題。對(duì)礦井而言，通風(fēng)設(shè)備是必不可少的，如果安裝數(shù)量不足、安裝位置不當(dāng)，就會(huì)導(dǎo)致風(fēng)量不足，進(jìn)而形成瓦斯積聚。舉例來說，風(fēng)筒沒有延伸到指定地點(diǎn)，就會(huì)影響有效風(fēng)量。所以對(duì)礦井來說，要做好通風(fēng)處理，同時(shí)也要重視瓦斯抽放，這樣才能有效降低瓦斯?jié)舛?，這一點(diǎn)在高瓦斯煤礦尤為重要。我國的煤礦大多都為井下開采，同時(shí)地質(zhì)條件較差、滲透率較低，所以采用常規(guī)的技術(shù)手段進(jìn)行抽放也不會(huì)取得預(yù)期效果，這就需要我們對(duì)煤礦地質(zhì)形成充分了解，從而最大程度上抽取瓦斯，從而避免瓦斯事故的出現(xiàn)。

2.綜合治理瓦斯措施

從對(duì)綜采工作面的瓦斯來源進(jìn)行分析，就可以制定出治理的總體思路，首先進(jìn)行分源治理，之后再進(jìn)行綜合配套治理，同時(shí)采用“先抽后采”的治理理念。其中需要將找到瓦斯的來源作為措施提出來，而綜合配套則需要綜合運(yùn)用多種方法和措施，這樣才能做到分源治理，降低煤層瓦斯含量。下面進(jìn)行分別論述：

(1)對(duì)抽放系統(tǒng)進(jìn)行改良

一般情況下，在煤層抽放過程中，其鉆孔深度不會(huì)超過60m，而兩側(cè)巷道抽放的范圍則達(dá)到110m，其中采煤工作面中間還預(yù)留150m，這些都是導(dǎo)致采煤工作面瓦斯事故的安全隱患，這就需要及時(shí)消除抽放空白帶。對(duì)此，可以對(duì)現(xiàn)有的抽放系統(tǒng)進(jìn)行改造，采用采面淺孔動(dòng)壓抽放，其不僅可以預(yù)防潛在的突發(fā)事故，同時(shí)更可以很好地進(jìn)行瓦斯綜采治理。其中的淺孔動(dòng)壓抽放應(yīng)當(dāng)在采動(dòng)壓力區(qū)來進(jìn)行，將其中的瓦斯抽放出來。在采動(dòng)過程中形成的壓力可以讓煤壁形成裂隙，進(jìn)而讓瓦斯從裂隙當(dāng)中釋放出來。另一方面，空白帶也是瓦斯流動(dòng)的主要通道路徑，從某種程度來看，該區(qū)域如果具有較好的空氣流動(dòng)條件，就會(huì)抽出更大量的瓦斯，從而解決煤層透氣性不足的問題。在抽放過程中采取采抽結(jié)合的方式，在回采過程中應(yīng)用淺孔動(dòng)壓手段，從而實(shí)現(xiàn)循環(huán)作業(yè)。一般來說，每次循環(huán)的推進(jìn)距離為5m，同時(shí)要預(yù)留4m的超前距范圍。

(2)重視采空區(qū)的管理

在采空區(qū)管理過程中，需要重視上隅角瓦斯涌出問題。而在治理上隅角瓦斯的過程中，不僅需要及時(shí)處理涌出的瓦斯，同時(shí)也要重視煤層易燃的特點(diǎn)。其原因在于，為了避免采空區(qū)形成自燃，就需要及時(shí)進(jìn)行封堵，控制采空區(qū)的風(fēng)量。在具體實(shí)踐過程中，可以采用上隅角黃泥墻和下隅角黃泥墻的技術(shù)手段，從而控制采空區(qū)風(fēng)量，如有必要還可以安裝導(dǎo)風(fēng)簾，從而形成引導(dǎo)和稀釋作用。除此之外，出于進(jìn)行定量管理的需要，還可以引入分級(jí)定量管理的手段，舉例來說，對(duì)上隅角瓦斯涌出的情況可以進(jìn)行三級(jí)管理，來保證瓦斯管理效果，具體見表1。

表1 上隅角瓦斯涌出分級(jí)

(3)實(shí)行先抽后采，重視技術(shù)管理

實(shí)行“先抽后采”，有助于實(shí)現(xiàn)“從被動(dòng)治理到主動(dòng)預(yù)防”的轉(zhuǎn)變，在開采工作中，要堅(jiān)持安全第一、預(yù)防為主的方針，對(duì)于采煤工作面的瓦斯綜合治理，則需要堅(jiān)持“先抽后采、以風(fēng)定產(chǎn)、動(dòng)態(tài)監(jiān)控”的原則。在開采工作中，對(duì)瓦斯應(yīng)抽盡抽，多措并舉，樹立“保護(hù)生命、保護(hù)資源”的先進(jìn)理念，以技術(shù)為依托，實(shí)現(xiàn)采煤采氣一體化。將地面抽放和井下抽放結(jié)合起來，同時(shí)建立完善的抽放獎(jiǎng)勵(lì)機(jī)制體系。在技術(shù)管理和應(yīng)用方面，現(xiàn)在我國已經(jīng)有很多新技術(shù)不斷投入使用，例如松軟突出煤層長鉆孔打鉆技術(shù)、工作面前方構(gòu)造探測技術(shù)等，從而實(shí)現(xiàn)瓦斯綜合治理技術(shù)的進(jìn)步。

3.技術(shù)應(yīng)用效果

在沒有實(shí)施邊抽邊采、先抽后采之前，本礦井一共出現(xiàn)了8次瓦斯超限，瓦斯?jié)舛冗_(dá)到1.8%，而正常情況下回風(fēng)流瓦斯?jié)舛纫哺哌_(dá)0.75%，在實(shí)施之后，則沒有再出現(xiàn)瓦斯超限的問題，讓巷道的安全掘進(jìn)得到了有效的保障，帶來了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。

首先，由于瓦斯涌出量降低，在巷道兩側(cè)施工抽放孔提前將巷道和迎頭的瓦斯抽出，從而大大降低了工作面瓦斯含量，回風(fēng)巷和工作面的瓦斯?jié)舛纫驳玫搅丝刂?，其中回風(fēng)巷瓦斯?jié)舛确€(wěn)定在0.4%左右，在施工期間也沒有發(fā)生一起瓦斯超限。巷道兩幫施工瓦斯抽放鉆場實(shí)現(xiàn)了邊抽邊采，所以瓦斯涌出量控制效果顯著。具體如圖1所示。

圖1 開采區(qū)風(fēng)流狀態(tài)示意圖

其次，掘進(jìn)效率也得到了提升，讓采掘銜接的壓力也得到了控制。鉆場邁步式布置，將間距控制在80m，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)掘進(jìn)工作面的全方位覆蓋，讓巷道掘進(jìn)期間瓦斯超限問題得到了根本性的改善。同時(shí)瓦斯抽放鉆孔工作面掘進(jìn)作業(yè)可以同步進(jìn)行，互相之間不會(huì)形成影響，月掘進(jìn)施工效率從100m增加到280m，提高率達(dá)到180%，提高了煤礦掘進(jìn)和開采效率。

4.總結(jié)

在前文分析中不難發(fā)現(xiàn)，瓦斯綜合治理工作離不開對(duì)煤礦瓦斯地質(zhì)的細(xì)致分析和研究，只有對(duì)煤礦采煤層瓦斯的分布情況有了全方位的了解，才能采取有效措施來加以應(yīng)對(duì)。尤其是回采巷道采煤過程中，炮眼瓦斯的檢測極為關(guān)鍵，結(jié)合測量結(jié)果來繪制煤礦瓦斯分布圖，進(jìn)而進(jìn)行預(yù)測。對(duì)采煤工作面瓦斯的涌現(xiàn)規(guī)律進(jìn)行分析，就可以很好地判斷瓦斯是否會(huì)出現(xiàn)異常。本文針對(duì)回風(fēng)隅角的瓦斯積聚處理方式進(jìn)行了介紹，雖然可以較好地應(yīng)對(duì)采煤工作面的瓦斯問題，但實(shí)際上也需要做到和實(shí)際情況相結(jié)合，這樣才能保證瓦斯治理方案的合理性。