礦井局部高瓦斯區(qū)域治理措施研究

李太鋒

在我國所有煤炭資源中，部分煤層屬于瓦斯含量較高，煤層在開采過程中，瓦斯會逐漸釋放出，當工作環(huán)境中的瓦斯含量超過一定濃度時，會導致人員死亡，造成生產事故，制約著礦井的安全生產，嚴重影響礦井的經濟效益。在我國礦井瓦斯事故屬于頻發(fā)事故，造成了大量的人員傷亡與經濟損失，給礦井造成了巨大的壓力，因此礦井在瓦斯防止方面必須加大投入，做好安全管理措施，從而保證礦井的安全生產，提高經濟效益。近幾年來，礦井機械化生產的水平在不斷地提高，對于一些低瓦斯礦井，在局部區(qū)域也出現(xiàn)了瓦斯超限的問題。對礦井局部高瓦斯區(qū)域進行治理，對礦井的安全生產十分重要。

1 礦井概況

山西某礦開采煤層為10#煤層，埋深400m，厚度為2.98m，內部含有夾矸0～4層，煤層結構較為簡單，屬于全區(qū)穩(wěn)定可采煤層。煤層頂板主要為灰色細砂巖，厚度平均為1.6m，巖層致密堅硬，底板主要為砂質泥巖，厚度平均為5.81m，巖層整體性較好。上方為9#煤層，煤層間距為7.30～13.26m，平均12.52m。煤層首采工作面10-203在推進期間，采空區(qū)上隅角位置與局部區(qū)域內出現(xiàn)瓦斯?jié)舛壬咔闆r。

2 瓦斯超限原因分析

在一些低瓦斯礦井中，局部區(qū)域瓦斯含量較高，導致瓦斯超限，而瓦斯超限的原因主要有以下幾方面：

①煤層在形成過程中，長期的地質變化對瓦斯的聚集有著一定的促進作用;②煤層圍巖的物理力學特性對內部瓦斯的聚集有著很大的影響，當圍巖內裂隙發(fā)育程度較低時，瓦斯透氣性較低，因此在局部區(qū)域瓦斯較為聚集;③煤層內的地質構造對瓦斯的聚集有著一定的影響，起著主導性的作用，通常構造位置所在地為瓦斯超限位置。

為對該礦井局部區(qū)域瓦斯超限原因進行分析，需對各煤層瓦斯涌出量進行研究。由于9#煤層工作面在開采過程中無大型地質構造的出現(xiàn)，9#煤層并沒有瓦斯含量超限的情況存在，因此本文將僅對10#煤層瓦斯涌出量進行分析。

10#煤層在2007年開始掘進各系統(tǒng)巷道，在巷道掘進過程中，各位置的瓦斯含量最大時為0.12%，回風流中瓦斯的最大含量為0.24%，通風系統(tǒng)中的瓦斯含量明顯大于9#煤層。10-203工作面作為10#煤層的首采工作面，工作面切眼長度為240m，巷道長度為1000m，其上為9#煤層工作面采空區(qū)，到現(xiàn)在為止，工作面已經推進的長度為850m。

根據10#煤層工作面巷道在掘進與回采過程中瓦斯含量的變化情況可知，首采工作面10-203巷道在掘進期間，巷道掘進至600m位置時瓦斯含量最大，與10#煤層其他工作面巷道掘進期間的瓦斯含量進行對比分析可知，工作面巷道在掘進至380m～600m范圍內時，風流中瓦斯含量均達到最大值。

在掘進10#煤層工作面輔助巷道時，各區(qū)域瓦斯含量未出現(xiàn)超限的現(xiàn)象。整個10#煤層工作面在掘進的過程中，巷道揭露有斷層和向斜地質構造。斷層構造高差為0.6～3.5m，在斷層構造區(qū)域內，瓦斯含量未出現(xiàn)異?，F(xiàn)象，因此煤層內的斷層構造對瓦斯含量的分布無明顯影響。10#煤層內的向斜構造主要有兩個，分別在運輸巷西部600m與東部400～1000m范圍內，其形狀主要為條帶型，對向斜構造內的瓦斯含量進行監(jiān)測，局部位置出現(xiàn)瓦斯?jié)舛瘸蕃F(xiàn)象，與巷道掘進期間高瓦斯區(qū)域基本重合。該結果表明10#煤層內的向斜構造是瓦斯?jié)舛瘸薜闹饕?，對其原因進行分析可知，向斜構造軸部區(qū)域巖層由于擠壓作用下，巖層內的裂隙逐漸閉合，導致巖層透氣性降低，瓦斯聚集較高，瓦斯?jié)舛容^大。

3高瓦斯區(qū)域綜合治理措施

3.1采、掘工作面配置合理風量

對煤層內掘進與回采的工作面風量進行合理的分配可以有效地降低空氣中的瓦斯?jié)舛?。礦井對各區(qū)域配風時瓦斯的不均勻系數按照1.6進行計算，可得回采工作面需要的風量為850m3/min，掘進工作面需要的風量為200m3/min。通過對現(xiàn)場風流進行統(tǒng)計，掘進工作面風量為181m3/min，小于理論計算值。為降低掘進工作面瓦斯?jié)舛?，在該位置采用局部通風機進行通風，通風機型號為FBD-NO.6.3，功率為2×30kW，當風機運行時，其風量可達360～400m3/min，遠大于理論計算所需風量，因此可達到降低空氣中瓦斯?jié)舛鹊男Ч?/p>

3.2均衡生產工作量

通過減小工作面產煤的速度可降低煤層內的瓦斯量。工作面在割煤的過程中，瓦斯隨著煤體逐漸釋放出，割煤速度越快，空氣中的瓦斯由于時間較短，瓦斯?jié)舛认♂屗俣容^慢，導致瓦斯?jié)舛瘸?。因此工作面在割煤過程中，對各區(qū)域瓦斯?jié)舛冗M行監(jiān)測，當其達到0.40%，停止工作面的生產，待瓦斯稀釋后繼續(xù)割煤，通過該方法，可防止工作面內瓦斯超限，瓦斯含量可控制在0.5%以下。

3.3工作面斯抽采技術

為降低回采時工作面瓦斯含量增高情況，通過對工作面瓦斯抽采的方法來降低瓦斯含量，抽采技術如下：

（1）頂板走向鉆孔

根據回采時的通風系統(tǒng)，在巷道內頂板布置鉆場對瓦斯進行抽采，鉆場間距為15m，每個鉆場布置4個鉆孔，鉆孔位置位于頂板與兩幫交接處，鉆孔呈扇形布置，與巷道夾角為50°～340°，鉆孔深度為18～22m，鉆孔布置如圖1所示。

（2）上隅角埋管布置

由于工作面回采時在采空區(qū)上隅角出現(xiàn)瓦斯聚集的情況，通過沿采空區(qū)上隅角進行埋管的方法對采空區(qū)瓦斯進行抽采。采空區(qū)埋管抽采時，每10m接一根立管，抽采管路沿巷道底板布置。埋管頭安裝直徑400mm、長度1.5m的立管并在頂部安裝一節(jié)0.5m花管，花管周圍用鐵沙網包好，頂部加擋板，以防止煤矸進入抽采管。工作面瓦斯進行抽采后，工作面瓦斯?jié)舛任闯霈F(xiàn)超過0.3%的情況，抽采效果較好。

4礦井安全管理對策

除了制定局部瓦斯治理措施之外，制定相應的管理措施也能有效地降低瓦斯含量，優(yōu)化后管理措施如下：

4.1強化通風管理系統(tǒng)

加強工作面通風系統(tǒng)的管理工作可提高通風系統(tǒng)的穩(wěn)定性。穩(wěn)定的通風系統(tǒng)可為各工作面提供穩(wěn)定的風流，稀釋各區(qū)域的瓦斯含量，防止瓦斯超限現(xiàn)象的出現(xiàn)。通風系統(tǒng)的管理工作主要包括對通風設施的管理、通風系統(tǒng)優(yōu)化的管理以及風量大小的統(tǒng)計等。加強這些方面的管理工作可強化通風系統(tǒng)的穩(wěn)定性，保證礦井的安全生產。

4.2加強瓦斯監(jiān)測

強化礦井內各區(qū)域瓦斯的監(jiān)測技術與設備，能夠有效防治礦井瓦斯超限現(xiàn)象的出現(xiàn)。在礦井的各工作區(qū)域必須配置瓦斯監(jiān)測裝置以及瓦斯監(jiān)測人員，做到“一炮四檢”“二人連鎖放炮”制度，同時工作人員必須佩戴報警裝置與自救裝置，將礦井自動監(jiān)測和人工監(jiān)測進行有效的結合。

4.3強化工作人員防治瓦斯意識

礦井工作人員必須強化自身瓦斯防治意識。對礦井工作人員進行大量的培訓，將瓦斯防治的重要性普及至每個人的意識中，充分做到“先抽后采、監(jiān)測監(jiān)控、以風定產”的瓦斯治理方針，從而提高工作人員的管理工作與效率。

5結論

本文對山西某礦各區(qū)域煤層瓦斯的含量進行了測量，對瓦斯?jié)舛瘸薜膯栴}進行了分析，研究結果表明礦井煤層內向斜構造是瓦斯積聚的主要原因。基于此結果，制定了礦井瓦斯防治措施與管理對策。采用該方案后礦井內各區(qū)域瓦斯含量均降低至安全范圍內，表明該治理措施能夠有效降低瓦斯含量，實現(xiàn)礦井安全生產。

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