浅论高瓦斯煤矿采掘工程中的瓦斯治理技术

杨明

摘要：本文介绍了煤矿高瓦斯的危害性，对掘进工作面瓦斯超限的原因进行分析，提出了采掘工程的通风技术、掘进巷道的瓦斯治理技术、控制掘进工作面瓦斯超限的措施等。

关键词：高瓦斯矿井;采掘工程;瓦斯治理技术

引言

瓦斯是煤矿生产中的一种副产品，也是伴随品，它具有很大的破坏力。在严重的情况下，瓦斯可能发生燃烧或爆炸，并引发安全事故，以至于给人们的生命财产安全带来了巨大的损失。因此，高瓦斯煤矿要切实搞好通风设计，运用必要的通风技术，以降低瓦斯浓度，保障安全生产，煤矿特别是掘进工作面，其瓦斯事故出现的次数较多，需要采用相关的治理手段，保证工作面瓦斯不超限。

1 煤矿高瓦斯的危害性

瓦斯是属于煤层中一种以甲烷为主的有害气体，瓦斯爆炸能对煤矿产生重事故，也是安全的第一杀手。瓦斯是无色、无味的气体，相对密度为0.554，难溶于水，且易燃烧和发生爆炸，具有较强的渗透性与扩散性。井下空气中的瓦斯含量增加，就会导致氧气浓度下降，易引发缺氧窒息死亡事故。瓦斯爆炸的危害性主要有以下几种：①产生高温。瓦斯和空气混合达到一定浓度时，遇火就会发生燃烧或爆炸，而瓦斯爆炸产生的高温能达1850℃-2650℃，显然易造成人员伤亡或设备损毁等，进而还会引起火灾。②产生高压。瓦斯爆炸还会因气体产物所形成的冲击波，易造成人员伤亡和冲毁设备，还易扬起煤尘，引发煤尘爆炸事故。瓦斯爆炸时使矿井内的空气压力大幅度增加，威力巨大的冲击波会对支护结构造成破坏、坍塌等。③产生大量的有毒气体。瓦斯爆炸后产生的有毒气体（CO2和CO），其中CO2达到4%～8%，CO达到2%～4%，同时造成O2浓度下降，导致人员因缺氧而窒息死亡。

2 掘进工作面瓦斯超限的原因分析

在掘进工作面，造成瓦斯超限的原因较多，根据瓦斯超限统计，多是由以下原因引起：①无计划停电停风。井下电网供电不稳定，管理制度不健全，设备包机不能到人，供电系统与电气设备检查、维修力度不够，容易供电系统掉闸，电气设备短路等事故发生。当无计划停电、停风发生后，由于局部通风机再无专人看管，停风时间长，就会造成瓦斯超限。②供电系统检修。每年两次的停电检修，时间较长，局部通风机又没有备用电源，很容易造成掘进工作面瓦斯超限的概率。③机械事故。局部通风机出现超限运行，设备加速老化，容易造成“烧机”事故，导致瓦斯超限。④局部通风机管理不到位。所用风筒质量差，破口多，接头又不等，无反压边，接头就漏风严重，吊挂不平直，拐弯再多，甚至脱节，都会导致掘进迎头供风量小，风速低，以至造成瓦斯超限。⑤迎头复杂的地质构造。因地质资料不详，掘进中突遇断层、褶曲，容易短时间大量瓦斯突然涌出，导致瓦斯超限。⑥深部煤层瓦斯含量大的原因所造成的瓦斯超限。⑦掘进施工钻孔因煤层瓦斯含量较大所造成的掘进面瓦斯超限。

3 采掘工程的通风技术

1）要建立完善的通风系统。完善的通风系统则是防治高瓦斯最有效的方法，像并列式等通风方式。进行巷道布置时，可采用“两进两回”模式，以促使高瓦斯采掘巷道与各个作业点都能有合理的风量和风速，以形成高效、安全、稳定的通风系统。双风机自动切换模式，也是确保巷道通风的有效措施。当主风机发生故障时，备用风机立即启动，以保障供风。对局部风机可采用局部专业线路和专业开关模式，以确保通风设备正常运行。高瓦斯巷道，可设置两个专用排瓦斯回风巷道，禁止在改回风巷道内生产作业，并以阻燃性材料构造，内安放甲烷传感器。以便检测甲烷达到一定程度时，自动切断工作面电源，提醒作业人员立即撤出，待瓦斯检测合格后再继续作业。

2）做好局部瓦斯积聚的通风处理。①做好回采工作面隅角瓦斯积聚处理。由于回采工作面的隅角非常容易发生瓦斯积聚，需要在隅角位置悬挂挡风板等物品。利用其将巷道中的风从瓦斯积聚位置吹过，以实现稀释积聚瓦斯的效果。②做好密封墙的瓦斯积聚处理。这里同样是瓦斯容易积聚的地点，处理该位置时先要做好堵漏，要从而从根源上处理好瓦斯。再通过采用风压导风等方法，利用伸缩骨架风筒来处理密封墙积聚的瓦斯。

3）运用合适的通风技术。结合采煤面情况，运用合理的通风技术，以促进通风的安全。①“U”型通风系统。它构造相对简单，有利于防止煤层发生自燃。缺点是采煤面靠近采空区的上侧上隅角位置容易发生瓦斯积聚。②“Y”型通风系统。它能解决上隅角瓦斯积聚和回风流瓦斯浓度过高等问题，且通风效果好。要求工作面上顺槽沿着采空区一侧需要预先采掘，在回采期间需要保持维护，防止采空区内的煤层发生自燃。③“W”型通风系统。它适用工作面长、瓦斯涌出量大的综采面。它的供风量要比“U”型通风系统和“Y”型通风系统增加一倍，煤层开采过程中瓦斯涌出量较大时，需要在中间平巷位置布置钻孔抽放。④“U”型通风系统。除外还有“Z”型通风系统和“H”型通风系统。后者都是“U”型通风系统的变形，这是为了增加工作面长度和风量及防治瓦斯积聚使用的。⑤“J”型通风系统。它是在“U”型基础上发展的，就是在采空区留有一条专用排瓦斯巷，但无需巷旁充填带支护、可以调控、一进二回的通风系统。回风巷在进入采空区后继续留用，并采用適应采空区矿压特性的新型支护结构与材料支护，以保障可靠的专用通风断面。

4 掘进巷道的瓦斯治理技术

1）尽力增大风量。因风排瓦斯仍是瓦斯治理的重要手段。把局部通风机容量增大，风筒直径增大，风筒接头采用反双压边技术，以减少漏风;在风筒的吊挂上，要严格管理，做到平直，不拐死弯，以减小阻力。一般采取这些措施，可以保证瓦斯浓度降低，超限能得到一定控制。

2）控制好落煤强度。一般新暴露煤壁的瓦斯涌出量的大小与新暴露煤壁的表面积、放炮后产生的松动圈范围及新暴露巷帮的裂隙等因素都有关。所以，炮眼长度越长，一次落煤量越多，新暴露煤壁的表面积、放炮震动产生和松动圈范围及煤体裂隙也就会随之增大，以至引起炮后瓦斯涌出量的增加。因此，严格控制落煤强度，可采用短进尺、多循环的方式，则能减小对煤体的扰动，并降低落煤时的瓦斯涌出强度。

3）运用浅孔动压注水。浅孔动压注水也是一种以水力挤出瓦斯的高效防突技术。该技术方法的实质在于通过注水使掘进面的煤体产生一定的塑性，进而使掘进头的煤体适量外移，以造成前方煤体破坏，集中应力带被前移，从而增大卸压带的宽度，让瓦斯得到均匀的释放出来。

4）施工超前排放钻孔。施工超前排放钻孔防突机理为：即利用钻孔周围形成的破坏圈，让煤体卸压，透气性增加煤体瓦斯解析加快，从而达到降低工作面前方煤体应力、瓦斯压力和抑制突出发生的效果。这种技术适用于瓦斯赋存不均，局部区域瓦斯异常的掘进巷道，采用排放钻孔则能探明巷道前方储气构造（如小褶曲、小断层形成的“瓦斯包”等），以此预先释放瓦斯，来避免揭露这些构造带时大量瓦斯涌出现象发生。

5）采用边抽边掘方法。采用边抽边掘技术，也就是先在巷帮施工钻场，后在钻场内施工沿巷道掘进方向的长钻孔，并利用抽放泵负压达到抽放瓦斯。而走向长钻孔不受工作面施工和进尺的影响，也能保持连续抽放，范围较巷帮钻也更靠近巷道掘进的前方。这样在放炮落煤时，其走向长钻孔能抽放放炮震动产生的松动圈内的卸压瓦斯，以减少落煤瞬间新暴露煤壁瓦斯涌出量。

5 控制掘进工作面瓦斯超限的措施

根据掘进工作面瓦斯超限的原因分析，我们可以采取一些有针对性地预防措施防止掘进工作面瓦斯超限。①井下运用双回路供电系统，并完善掘进工作面局部通风机“三专”供电系统。严格落实电气设备包机制度和局部通风机专人看管制度，还要将局部通风机运行状态纳入矿井瓦斯监测监控系统之中，以提高局部通风机的供电可靠性，杜绝无计划停电现象。②增设设备用电电源。在供电系统停电检修时，让备用电源启动，以杜绝掘进工作面局部通风机停电现象。③掘进面运用双风机、双电源，并自动倒台和“三专两闭锁”技术。以其有效遏制掘进工作无计划停风现象发生。④不断强化局部通风机的管理。使局部通风机管理做到责任到人，奖罚分明，并严格执行质量标准化和考核制度。⑤尽量使用大功率对旋风机和大直径配套风筒。以此增加风筒出口风量，来保证掘进面迎头风量达到一定范围。这样就能解决了日常供风和打释放孔时瓦斯超限问题。⑥在掘进工作面揭露断层等地质构造前，要由地质部门正常预报地质构造等情况。就是在掘进面距断层等地质构造10m時开始打超前钻孔，通过该措施能提前释放断层带瓦斯，还能避免瓦斯在掘进过程中短时间大量涌出引起瓦斯超限。⑦避免机械事故引起掘进面瓦斯超限。对掘进面局部通风机实行定期维护检修制度，此局部通风机每运行半年就进行加油大检修，以确保正常化运行，保障瓦斯不超限。

结束语

对于高瓦斯矿井，在采掘工程中必须要做好通风工作，需要选择合理的通风技术，并建立完善的通风系统，以确保采掘工程的安全生产顺利进行。实践证明，运用“控、排、抽”瓦斯综合治理技术，这是防治高瓦斯煤巷掘进工作面瓦斯问题的有效途径。煤矿根据煤层瓦斯赋存状况、巷道和施工条件，可采用不同的综合治理手段相结合运用，其效果也更好。从控制掘进工作面瓦斯超限的实践看，其瓦斯超限事故都是完全可以控制的，而关键是要找到引起瓦斯超限的原因，然后再针对性地治理。

参考文献

[1]霍波.高瓦斯矿井采掘工程通风技术研究[J].技术与市场，2015，5：146-147.

[2]杨长东.高瓦斯煤矿采掘工程中通风技术与安全管理研究[J].价值工程，2013（16）：104-105.

[3]王改明.高瓦斯煤矿采掘工程中通风技术与安全管理研究[J].黑龙江科技信息，2013（36）：71-71.

[4]王涛.高瓦斯复杂地质条件掘进工作面瓦斯综合防治技术[J].科技信息，2O11（09）.

[5]赵志军.基于ventsim的大宁矿通风系统优化改造研究[D].山西：太原理工大学，2011.

[6]石磊.优化掘进工作面局部瓦斯抽放的探讨[J].科技致富向导，2Ol0（35）.

[7]李海贵.递进式瓦斯抽采技术的研究及应用[J].矿业安全与环保，2009，36（6）：58-6O.