井下掘进作业及回采作业过程中瓦斯防治方法研究

2017-08-22鲁伟

化工管理 2017年21期

关键词：采空区瓦斯煤层

鲁伟

（1.云南斯派尔矿业有限责任公司，云南曲靖655500；2.山东能源枣庄矿业（集团）有限责任公司，山东枣庄277000）

井下掘进作业及回采作业过程中瓦斯防治方法研究

鲁伟

（1.云南斯派尔矿业有限责任公司，云南曲靖655500；2.山东能源枣庄矿业（集团）有限责任公司，山东枣庄277000）

煤矿矿井中瓦斯涌出是很多矿井中在生产和开采过程中经常遇到的问题，瓦斯涌出不但会严重影响煤矿的正常生产工作，还会对煤矿工人的人生安全构成极大威胁。斯派尔煤矿在掘进和回采作业过程中同样遇到了瓦斯涌出现象，为了应对这种情况的产生，斯派尔煤矿采用了很多瓦斯防治方法，并采用了很多技术技改措施。本文主要以云南斯派尔煤矿为例研究煤矿井下掘进作业及回采作业过程中瓦斯防治方法。

煤矿；掘进作业；回采作业；瓦斯防治；斯派尔煤矿

瓦斯涌出问题是煤矿矿井中的常发问题，基本每年都会发生煤矿瓦斯爆炸事故，造成了重大的经济损失和人身伤亡，这些事故往往是煤矿方面没有采用严格的瓦斯防治方法，并严格按照相关规定执行。

1 斯派尔煤矿的基本情况及瓦斯防治中存在的问题

斯派尔煤矿位于富源县城西南，设计年生产能力为30万t/ a。2014年通过了云南省有关部门的验收，将它确定为国家二级质量标准化矿井，安全评价为A类，瓦斯治理先进单位。目前斯派尔煤矿的生产主要集中在一水平、一采区生产，二采区准备，矿井目前有1座永久瓦斯抽放系统。目前由于没有掘进工作面，只有一个采煤工作面生产，仅运行2BEY-40抽放泵一台，对井下各点密闭、采空区和部分钻场进行抽放，瓦斯抽采监测监控系统不完善，主要体现在各类抽采监测仪器仪表配备安装不足，已安抽采监测仪表使用时间较久部分已坏，不能适时联网上传各准确数据。目前煤矿所采用的安全监测系统已经投入使用十年以上，频繁出现各种故障，传感器和数据传输系统都存在很多问题，经常会出现死机情况。

2 斯派尔煤矿瓦斯监控及处理设备现状

2.1 斯派尔煤矿瓦斯含量现状

经过勘测，斯派尔煤矿目前共有十个可采煤层，截止2016年底，勘测结果显示斯派尔煤矿各煤层煤炭储量如下表所示：

表1 斯派尔煤矿煤层储量情况汇总表

C19 C21 C24合计1.45 1.41 2.35 794 797 1071 6903 404 414 556 3529

目前主要正在进行开采作业的煤层有三个，分别是C7、C8和C9，根据相关数据测算和统计，这几个煤层的瓦斯含量、绝对涌出量和瓦斯浓度如下表所示：

表2 斯派尔煤矿主要煤层瓦斯含量、绝对涌出量和浓度统计

由此我们可以看出，C7煤层的瓦斯浓度和绝对涌出量都是最高的，这一煤层也是当前正在工作的区域，随着回采作业的不断进行，采空区域也在不断加大，进而导致瓦斯涌出量快速上升，明显超出了其它煤层。

2.2 安全监控系统现状及存在的问题

斯派尔煤矿的检测系统使用了重庆煤科院研发的KJ90NA监控系统，通过宽带光纤进行数据传输，在2008年又在此基础上进行了升级，增加了瓦斯监控能力，现在已经可以通过该系统进行实时瓦斯监控。并可以将相关数据及时上传到控制系统。这套监控系统已经使用了很多年，经过长期的运行经常会出现一些问题。例如监控系统主机已经严重落伍，内存使用率非常好，很难满足现在数据流量大幅增加的需要。检测系统在井下设有专门的数据交换站，可以将井下数据及时收集到一起并上传系统，但是现在的数据交换站备用电源完全失效，一旦主电源发生停电等事故，数据交换工作就会陷入停滞，收集到的数据无法上传。而且随着开采工作的不断推进交换站所要收集的数据越来越多，原有的设计已经无法满足现有的数据交换需要，这就导致数据经常出现堵塞，严重时会导致交换机死机。

2.3 瓦斯抽放系统现状及存在的问题

目前斯派尔煤矿装备了两台2BEC-60抽放机，每分钟可以抽放的瓦斯量为210m3，另外又配备了两台2BEC-40抽放机，每分钟的抽放量为80m3。这四台瓦斯抽放设备。由于目前监控系统存在问题，瓦斯抽放系统无法及时获取相应的数据，这就导致瓦斯抽放系统工作反馈比较落后，在需要抽放瓦斯时很难及时投入工作，这也导致煤矿的瓦斯抽放系统存在很大安全隐患，对于井下工人和整个矿井的安全造成了威胁。

3 井下掘进作业过程中瓦斯防治方法

3.1 抽采钻孔布置

在掘进作业的掘进巷道中迎着施工方向的位置上应该布置抽采钻孔，每一个掘进煤层都需要布置有专门的钻孔，在其后方两旁还要各布置一个钻孔，钻孔的位置应该位于整个煤层的中心位置，沿着煤层方向向里钻进，深度要在50米以上。为了避免涌出瓦斯形成回流瓦斯，造成整个巷道内瓦斯浓度超标，需要在掘进巷道的两侧中心位置设置抽采孔，主要是为了在抽采孔通道中安置抽采设备。预测检测孔一共有三个，每个钻孔的间距要在一米以上，在斯派尔煤矿的预测孔施工过程中的施工，根据煤矿实际情况，具体的测控布置图如下所示：

图1 斯派尔煤矿预测检验矿施工图

瓦斯抽采设备上设置有压力表和控制阀，主要用来检测抽采设备的压力和流量，随时为开启设备做好控制准备。在掘进作业的过程中，要根绝掘进情况和掘进进度随时进行抽采钻孔作业，并根据预留安全距离来设定钻孔布置的位置以及方向。通常情况下掘进过程中会打三个预测专控，根据钻孔到掘进面的距离以及瓦斯测量数据来判断向前掘进的距离。掘进过程中要适当控制速度，避免过快的打孔速度影响到瓦斯涌出。

3.2 迎风瓦斯抽采效果校验

迎风瓦斯预抽采一段时间之后，还需要布置几个校验钻孔，这些钻孔布置的主要目的是为了校验迎风瓦斯抽采是否能够正常工作，取得的数据是否准确以及是否具有代表性。校验钻孔布置的位置要距离原有钻孔至少半米以上，主要的布置位置原有钻孔上方以及左右两侧，钻进深度至少十米以上。瓦斯实验人员要根据现场情况定时对抽采出来的瓦斯含量进行检验。抽采的频率和抽采孔及抽采校验孔位置要随时根据现场情况变化和掘进速度进行调整，确保随时掌握掘进面前方可能存在的瓦斯涌出情况，当化验分析显示的数值小于8m3/t则可以继续进行掘进作业，而一旦化验分析显示的数值大于8m3/t则应该立即停止掘进作用，撤离井下工人，采用相应设备进行瓦斯抽取，直至瓦斯浓度达到允许范围后方可继续施工。

3.3 斯派尔煤矿掘进作业中瓦斯防治改进措施

在掘进作业中一定要格外注意瓦斯防治工作，因为掘进过程由于煤炭被大量挖出，大量瓦斯气体都会随着地质变化快速涌出，特别是在一些高高瓦斯含量的煤矿中，更应该提高警惕。斯派尔煤矿现在的掘进作业比较少，但是斯派尔煤矿的瓦斯检测设备老化严重，对于瓦斯抽采效果有着很直接的影响，斯派尔煤矿是一个瓦斯含量相对较高的煤矿。为了解决掘进过程中可能存在的瓦斯涌出问题，斯派尔煤矿应该从两方面入手：一方面及时更新和改进瓦斯检测和抽取设备，确保瓦斯检测的准确性，同时能够及时抽取煤矿中产生的瓦斯。另一方面是严格落实瓦斯抽取检验的相关规章制度，确保不发生安全生产责任事故。

4 回采作业过程中瓦斯防治方法

4.1 回采作业中瓦斯涌出原因分析

煤体结构中含有高瓦斯源。很多煤矿的煤体由于其结构特点，非常不易开采，而且有的煤质所处位置根本无法进行开采，这也就导致煤体中缺少解放层，煤体中所蕴含的瓦斯无法得到及时释放。在斯派尔煤矿的个别回采层中同样存在着这种情况，煤层内部有着很厚的砂岩，整体结构非常完整，没有裂缝和细孔，瓦斯很难从中渗透出来，一旦挖掘到这些部分，非常容易产生大量瓦斯涌出现象。这种情况不但在斯派尔煤矿中存在，在很多同类型煤矿中同样存在，这个问题非常顽固，在回采作业中经常会发生。为了避免瞬间涌出的瓦斯引发安全事故，煤矿一方面要加强瓦斯泄露的检测工作，另一方面要及时根据瓦斯涌出情况及时进行抽取，一定要避免瓦斯浓度超过警戒线。

4.2 回采作业过程中瓦斯防治措施

为了避免回采作业过程中瓦斯大量涌出所带来的负面影响，首先要在回采期间确保整个工作面的通风顺畅，同时要尽量加大通风量，保证通风量能够把瓦斯含量降低到标准值以下。煤矿的采空区是彼此相连的，而且比较均匀，瓦斯很容易沿着采空区相互流动涌出，采空区的管道效应加剧了瓦斯气体的涌出，使得瓦斯的涌出变得更加迅速。为了避免这种情况应该对整个采空区进行密封处理，尽量减少采空区的剩余煤量，以减少瓦斯涌出的数量。为了对瓦斯涌出进行有效预防，可以在工作面进会风顺槽大超前钻孔，这样可以利用矿山的压力将工作面范围内的瓦斯提前排出。斯派尔矿井同样采用了这种方法进行瓦斯预处理，效果非常明显，采用空口大风量稀释后，瓦斯浓度从50%降低到了10%左右。