井下掘進(jìn)作業(yè)及回采作業(yè)過程中瓦斯防治方法研究

魯偉

（1.云南斯派爾礦業(yè)有限責(zé)任公司，云南曲靖655500；2.山東能源棗莊礦業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，山東棗莊277000）

井下掘進(jìn)作業(yè)及回采作業(yè)過程中瓦斯防治方法研究

魯偉

（1.云南斯派爾礦業(yè)有限責(zé)任公司，云南曲靖655500；2.山東能源棗莊礦業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，山東棗莊277000）

煤礦礦井中瓦斯涌出是很多礦井中在生產(chǎn)和開采過程中經(jīng)常遇到的問題，瓦斯涌出不但會(huì)嚴(yán)重影響煤礦的正常生產(chǎn)工作，還會(huì)對煤礦工人的人生安全構(gòu)成極大威脅。斯派爾煤礦在掘進(jìn)和回采作業(yè)過程中同樣遇到了瓦斯涌出現(xiàn)象，為了應(yīng)對這種情況的產(chǎn)生，斯派爾煤礦采用了很多瓦斯防治方法，并采用了很多技術(shù)技改措施。本文主要以云南斯派爾煤礦為例研究煤礦井下掘進(jìn)作業(yè)及回采作業(yè)過程中瓦斯防治方法。

煤礦；掘進(jìn)作業(yè)；回采作業(yè)；瓦斯防治；斯派爾煤礦

瓦斯涌出問題是煤礦礦井中的常發(fā)問題，基本每年都會(huì)發(fā)生煤礦瓦斯爆炸事故，造成了重大的經(jīng)濟(jì)損失和人身傷亡，這些事故往往是煤礦方面沒有采用嚴(yán)格的瓦斯防治方法，并嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)定執(zhí)行。

1 斯派爾煤礦的基本情況及瓦斯防治中存在的問題

斯派爾煤礦位于富源縣城西南，設(shè)計(jì)年生產(chǎn)能力為30萬t/ a。2014年通過了云南省有關(guān)部門的驗(yàn)收，將它確定為國家二級質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化礦井，安全評價(jià)為A類，瓦斯治理先進(jìn)單位。目前斯派爾煤礦的生產(chǎn)主要集中在一水平、一采區(qū)生產(chǎn)，二采區(qū)準(zhǔn)備，礦井目前有1座永久瓦斯抽放系統(tǒng)。目前由于沒有掘進(jìn)工作面，只有一個(gè)采煤工作面生產(chǎn)，僅運(yùn)行2BEY-40抽放泵一臺(tái)，對井下各點(diǎn)密閉、采空區(qū)和部分鉆場進(jìn)行抽放，瓦斯抽采監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)不完善，主要體現(xiàn)在各類抽采監(jiān)測儀器儀表配備安裝不足，已安抽采監(jiān)測儀表使用時(shí)間較久部分已壞，不能適時(shí)聯(lián)網(wǎng)上傳各準(zhǔn)確數(shù)據(jù)。目前煤礦所采用的安全監(jiān)測系統(tǒng)已經(jīng)投入使用十年以上，頻繁出現(xiàn)各種故障，傳感器和數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)都存在很多問題，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)死機(jī)情況。

2 斯派爾煤礦瓦斯監(jiān)控及處理設(shè)備現(xiàn)狀

2.1 斯派爾煤礦瓦斯含量現(xiàn)狀

經(jīng)過勘測，斯派爾煤礦目前共有十個(gè)可采煤層，截止2016年底，勘測結(jié)果顯示斯派爾煤礦各煤層煤炭儲(chǔ)量如下表所示：

表1 斯派爾煤礦煤層儲(chǔ)量情況匯總表

C19 C21 C24合計(jì)1.45 1.41 2.35 794 797 1071 6903 404 414 556 3529

目前主要正在進(jìn)行開采作業(yè)的煤層有三個(gè)，分別是C7、C8和C9，根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)測算和統(tǒng)計(jì)，這幾個(gè)煤層的瓦斯含量、絕對涌出量和瓦斯?jié)舛热缦卤硭荆?/p>

表2 斯派爾煤礦主要煤層瓦斯含量、絕對涌出量和濃度統(tǒng)計(jì)

由此我們可以看出，C7煤層的瓦斯?jié)舛群徒^對涌出量都是最高的，這一煤層也是當(dāng)前正在工作的區(qū)域，隨著回采作業(yè)的不斷進(jìn)行，采空區(qū)域也在不斷加大，進(jìn)而導(dǎo)致瓦斯涌出量快速上升，明顯超出了其它煤層。

2.2 安全監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)狀及存在的問題

斯派爾煤礦的檢測系統(tǒng)使用了重慶煤科院研發(fā)的KJ90NA監(jiān)控系統(tǒng)，通過寬帶光纖進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，在2008年又在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了升級，增加了瓦斯監(jiān)控能力，現(xiàn)在已經(jīng)可以通過該系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)瓦斯監(jiān)控。并可以將相關(guān)數(shù)據(jù)及時(shí)上傳到控制系統(tǒng)。這套監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)使用了很多年，經(jīng)過長期的運(yùn)行經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)一些問題。例如監(jiān)控系統(tǒng)主機(jī)已經(jīng)嚴(yán)重落伍，內(nèi)存使用率非常好，很難滿足現(xiàn)在數(shù)據(jù)流量大幅增加的需要。檢測系統(tǒng)在井下設(shè)有專門的數(shù)據(jù)交換站，可以將井下數(shù)據(jù)及時(shí)收集到一起并上傳系統(tǒng)，但是現(xiàn)在的數(shù)據(jù)交換站備用電源完全失效，一旦主電源發(fā)生停電等事故，數(shù)據(jù)交換工作就會(huì)陷入停滯，收集到的數(shù)據(jù)無法上傳。而且隨著開采工作的不斷推進(jìn)交換站所要收集的數(shù)據(jù)越來越多，原有的設(shè)計(jì)已經(jīng)無法滿足現(xiàn)有的數(shù)據(jù)交換需要，這就導(dǎo)致數(shù)據(jù)經(jīng)常出現(xiàn)堵塞，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致交換機(jī)死機(jī)。

2.3 瓦斯抽放系統(tǒng)現(xiàn)狀及存在的問題

目前斯派爾煤礦裝備了兩臺(tái)2BEC-60抽放機(jī)，每分鐘可以抽放的瓦斯量為210m3，另外又配備了兩臺(tái)2BEC-40抽放機(jī)，每分鐘的抽放量為80m3。這四臺(tái)瓦斯抽放設(shè)備。由于目前監(jiān)控系統(tǒng)存在問題，瓦斯抽放系統(tǒng)無法及時(shí)獲取相應(yīng)的數(shù)據(jù)，這就導(dǎo)致瓦斯抽放系統(tǒng)工作反饋比較落后，在需要抽放瓦斯時(shí)很難及時(shí)投入工作，這也導(dǎo)致煤礦的瓦斯抽放系統(tǒng)存在很大安全隱患，對于井下工人和整個(gè)礦井的安全造成了威脅。

3 井下掘進(jìn)作業(yè)過程中瓦斯防治方法

3.1 抽采鉆孔布置

在掘進(jìn)作業(yè)的掘進(jìn)巷道中迎著施工方向的位置上應(yīng)該布置抽采鉆孔，每一個(gè)掘進(jìn)煤層都需要布置有專門的鉆孔，在其后方兩旁還要各布置一個(gè)鉆孔，鉆孔的位置應(yīng)該位于整個(gè)煤層的中心位置，沿著煤層方向向里鉆進(jìn)，深度要在50米以上。為了避免涌出瓦斯形成回流瓦斯，造成整個(gè)巷道內(nèi)瓦斯?jié)舛瘸瑯?biāo)，需要在掘進(jìn)巷道的兩側(cè)中心位置設(shè)置抽采孔，主要是為了在抽采孔通道中安置抽采設(shè)備。預(yù)測檢測孔一共有三個(gè)，每個(gè)鉆孔的間距要在一米以上，在斯派爾煤礦的預(yù)測孔施工過程中的施工，根據(jù)煤礦實(shí)際情況，具體的測控布置圖如下所示：

圖1 斯派爾煤礦預(yù)測檢驗(yàn)礦施工圖

瓦斯抽采設(shè)備上設(shè)置有壓力表和控制閥，主要用來檢測抽采設(shè)備的壓力和流量，隨時(shí)為開啟設(shè)備做好控制準(zhǔn)備。在掘進(jìn)作業(yè)的過程中，要根絕掘進(jìn)情況和掘進(jìn)進(jìn)度隨時(shí)進(jìn)行抽采鉆孔作業(yè)，并根據(jù)預(yù)留安全距離來設(shè)定鉆孔布置的位置以及方向。通常情況下掘進(jìn)過程中會(huì)打三個(gè)預(yù)測?？?，根據(jù)鉆孔到掘進(jìn)面的距離以及瓦斯測量數(shù)據(jù)來判斷向前掘進(jìn)的距離。掘進(jìn)過程中要適當(dāng)控制速度，避免過快的打孔速度影響到瓦斯涌出。

3.2 迎風(fēng)瓦斯抽采效果校驗(yàn)

迎風(fēng)瓦斯預(yù)抽采一段時(shí)間之后，還需要布置幾個(gè)校驗(yàn)鉆孔，這些鉆孔布置的主要目的是為了校驗(yàn)迎風(fēng)瓦斯抽采是否能夠正常工作，取得的數(shù)據(jù)是否準(zhǔn)確以及是否具有代表性。校驗(yàn)鉆孔布置的位置要距離原有鉆孔至少半米以上，主要的布置位置原有鉆孔上方以及左右兩側(cè)，鉆進(jìn)深度至少十米以上。瓦斯實(shí)驗(yàn)人員要根據(jù)現(xiàn)場情況定時(shí)對抽采出來的瓦斯含量進(jìn)行檢驗(yàn)。抽采的頻率和抽采孔及抽采校驗(yàn)孔位置要隨時(shí)根據(jù)現(xiàn)場情況變化和掘進(jìn)速度進(jìn)行調(diào)整，確保隨時(shí)掌握掘進(jìn)面前方可能存在的瓦斯涌出情況，當(dāng)化驗(yàn)分析顯示的數(shù)值小于8m3/t則可以繼續(xù)進(jìn)行掘進(jìn)作業(yè)，而一旦化驗(yàn)分析顯示的數(shù)值大于8m3/t則應(yīng)該立即停止掘進(jìn)作用，撤離井下工人，采用相應(yīng)設(shè)備進(jìn)行瓦斯抽取，直至瓦斯?jié)舛冗_(dá)到允許范圍后方可繼續(xù)施工。

3.3 斯派爾煤礦掘進(jìn)作業(yè)中瓦斯防治改進(jìn)措施

在掘進(jìn)作業(yè)中一定要格外注意瓦斯防治工作，因?yàn)榫蜻M(jìn)過程由于煤炭被大量挖出，大量瓦斯氣體都會(huì)隨著地質(zhì)變化快速涌出，特別是在一些高高瓦斯含量的煤礦中，更應(yīng)該提高警惕。斯派爾煤礦現(xiàn)在的掘進(jìn)作業(yè)比較少，但是斯派爾煤礦的瓦斯檢測設(shè)備老化嚴(yán)重，對于瓦斯抽采效果有著很直接的影響，斯派爾煤礦是一個(gè)瓦斯含量相對較高的煤礦。為了解決掘進(jìn)過程中可能存在的瓦斯涌出問題，斯派爾煤礦應(yīng)該從兩方面入手：一方面及時(shí)更新和改進(jìn)瓦斯檢測和抽取設(shè)備，確保瓦斯檢測的準(zhǔn)確性，同時(shí)能夠及時(shí)抽取煤礦中產(chǎn)生的瓦斯。另一方面是嚴(yán)格落實(shí)瓦斯抽取檢驗(yàn)的相關(guān)規(guī)章制度，確保不發(fā)生安全生產(chǎn)責(zé)任事故。

4 回采作業(yè)過程中瓦斯防治方法

4.1 回采作業(yè)中瓦斯涌出原因分析

煤體結(jié)構(gòu)中含有高瓦斯源。很多煤礦的煤體由于其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，非常不易開采，而且有的煤質(zhì)所處位置根本無法進(jìn)行開采，這也就導(dǎo)致煤體中缺少解放層，煤體中所蘊(yùn)含的瓦斯無法得到及時(shí)釋放。在斯派爾煤礦的個(gè)別回采層中同樣存在著這種情況，煤層內(nèi)部有著很厚的砂巖，整體結(jié)構(gòu)非常完整，沒有裂縫和細(xì)孔，瓦斯很難從中滲透出來，一旦挖掘到這些部分，非常容易產(chǎn)生大量瓦斯涌出現(xiàn)象。這種情況不但在斯派爾煤礦中存在，在很多同類型煤礦中同樣存在，這個(gè)問題非常頑固，在回采作業(yè)中經(jīng)常會(huì)發(fā)生。為了避免瞬間涌出的瓦斯引發(fā)安全事故，煤礦一方面要加強(qiáng)瓦斯泄露的檢測工作，另一方面要及時(shí)根據(jù)瓦斯涌出情況及時(shí)進(jìn)行抽取，一定要避免瓦斯?jié)舛瘸^警戒線。

4.2 回采作業(yè)過程中瓦斯防治措施

為了避免回采作業(yè)過程中瓦斯大量涌出所帶來的負(fù)面影響，首先要在回采期間確保整個(gè)工作面的通風(fēng)順暢，同時(shí)要盡量加大通風(fēng)量，保證通風(fēng)量能夠把瓦斯含量降低到標(biāo)準(zhǔn)值以下。煤礦的采空區(qū)是彼此相連的，而且比較均勻，瓦斯很容易沿著采空區(qū)相互流動(dòng)涌出，采空區(qū)的管道效應(yīng)加劇了瓦斯氣體的涌出，使得瓦斯的涌出變得更加迅速。為了避免這種情況應(yīng)該對整個(gè)采空區(qū)進(jìn)行密封處理，盡量減少采空區(qū)的剩余煤量，以減少瓦斯涌出的數(shù)量。為了對瓦斯涌出進(jìn)行有效預(yù)防，可以在工作面進(jìn)會(huì)風(fēng)順槽大超前鉆孔，這樣可以利用礦山的壓力將工作面范圍內(nèi)的瓦斯提前排出。斯派爾礦井同樣采用了這種方法進(jìn)行瓦斯預(yù)處理，效果非常明顯，采用空口大風(fēng)量稀釋后，瓦斯?jié)舛葟?0%降低到了10%左右。

5 結(jié)語

瓦斯涌出在井下掘進(jìn)作業(yè)及回采作業(yè)中經(jīng)常發(fā)生，如果不能夠采取有效的預(yù)防措施和應(yīng)對措施將對煤礦安全生產(chǎn)產(chǎn)生重大影響。煤礦管理者和生產(chǎn)者應(yīng)該提高安全意識(shí)，采取科學(xué)有效的防治措施積極應(yīng)對瓦斯涌出，將瓦斯涌出帶來的危害降至最低。

[1]魯義，申宏敏，秦波濤，等.順層鉆孔瓦斯抽采半徑及布孔間距研究［J］.采礦與安全工程學(xué)報(bào)，2015,32(1):156-162.

[2]劉軍，夏會(huì)輝，楊宏民，等.煤與瓦斯突出煤層綜掘工作面瓦斯防治技術(shù)［J］.煤炭科學(xué)技術(shù)，2012,40(4):67-70.74.

[3]郭魏虎，王鋒，高飛.高瓦斯礦井瓦斯零超限管理實(shí)踐[J]煤礦安全，2014.45(9):133-136.

魯偉，男，山東棗莊人，山東能源棗莊礦業(yè)集團(tuán)云南斯派爾礦業(yè)有限責(zé)任公司副總經(jīng)理，主要從事礦山開采及安全方面的管理工作。