楊嘉帥

(西山煤電股份公司 西曲礦，山西 古交 030200)

井工開采煤礦回采工作面是煤礦生產(chǎn)中最易發(fā)生安全事故的工作場所，其中瓦斯防治又是一項(xiàng)最主要的任務(wù)?；夭晒ぷ髅嫔嫌缃鞘峭咚狗e聚最嚴(yán)重的地方，按照煤礦安全規(guī)程規(guī)定，上隅角設(shè)有瓦斯、二氧化碳及氧氣探頭，如果瓦斯超限必須能自動停止工作面供電并報(bào)警，采煤機(jī)機(jī)載瓦斯探頭在瓦斯超限的情況下也會切斷采煤機(jī)電源。所以，對于綜采工作面如何治理瓦斯，對保證正常生產(chǎn)起著至關(guān)重要的作用。

1 工作面瓦斯來源

1.1 影響礦井瓦斯涌出量的主要因素

煤層(包括可采層和非可采層)和圍巖的瓦斯含量是瓦斯涌出量大小的決定因素。瓦斯含量越高，瓦斯涌出量越大。

開采規(guī)模即礦井的開采深度、開拓、開采范圍以及礦井的產(chǎn)量。對單一礦井來說，開采規(guī)模越大，礦井的絕對瓦斯涌出量越大，但如果礦井依靠改進(jìn)采煤工藝，提高工作面單產(chǎn)來增大產(chǎn)量，則相對瓦斯涌出量明顯減少。

開采順序與開采方法。在開采首采煤層時(shí)，由于涌出的瓦斯不僅來源于開采層本身，而且還來源于上、下鄰近層，因此，開采首采煤層時(shí)的瓦斯涌出量往往比開采其它各層時(shí)大好幾倍。采煤方法的回采率越低，瓦斯涌出量就越大，因?yàn)閬G煤中所含瓦斯的絕大部分仍要涌入巷道。

1.2 回采工作面瓦斯來源

回采工作面瓦斯來源主要有三部分:開采層(煤壁、煤巷、落煤及圍巖)瓦斯涌出、鄰近層瓦斯涌出、鄰近采空區(qū)瓦斯涌出。

開采煤層瓦斯涌出量:

式中:

q1—開采煤層相對瓦斯涌出量，m3/t;

K1—圍巖瓦斯涌出系數(shù);取值范圍1.1 ～1.3;全部跨落法管理頂板碳質(zhì)組分較多的圍巖取大值;

K2—工作面丟煤瓦斯涌出系數(shù)，其值為工作面回采率的倒數(shù);

K3—采區(qū)內(nèi)準(zhǔn)備巷道預(yù)排瓦斯對工作面煤體瓦斯涌出影響系數(shù)。

采用長壁后退式K3=(L -2h)/L，L 為工作面長度，m;h 為巷道瓦斯預(yù)排等值寬度，m;

m—開采層厚度，m;

M—工作面采高，m;

W0—煤層瓦斯含量，m3/t;

WC—運(yùn)出礦井后煤的殘存瓦斯含量，m3/t。

工作面回采時(shí)鄰近層瓦斯涌出量:

式中:

q2—鄰近層瓦斯涌出量，m3/t;

mi—第i 個(gè)鄰近層煤層厚度，m;

M—工作面采高，m;

ηi—第i 個(gè)鄰近層瓦斯排放率，%，根據(jù)鄰近層到開采層距離大小由圖1 查取;

W0i—第i 個(gè)鄰近層原始瓦斯含量，m3/t;Wci—第i 個(gè)鄰近煤層殘存瓦斯含量，m3/t。

鄰近層的瓦斯排放率與層間距的關(guān)系圖見圖1。

鄰近采空區(qū)瓦斯涌出的來源復(fù)雜，一般認(rèn)為主要來源于兩個(gè)方面:遺煤釋放瓦斯和放頂后頂板破壞，鄰近層瓦斯涌向采空區(qū)［1］。一般是將q1+q2的和值乘以采空區(qū)瓦斯涌出系數(shù)K＇作為整個(gè)回采工作面瓦斯相對涌出量，K＇一般取1.30。

2 回采工作面瓦斯爆炸事故樹分析

事故樹分析法(FTA)是從一個(gè)可能的事故開始一層層尋找引起事故發(fā)生的觸發(fā)事件、直接原因和間接原因，并梳理這些原因之間的邏輯關(guān)系［2］。瓦斯爆炸需要3 個(gè)條件同時(shí)具備:瓦斯?jié)舛取⒒鹪春脱鯕鉂舛?，氧氣濃度一般自然滿足，其它兩個(gè)條件則是主要分析對象。采煤工作面瓦斯爆炸的一種事故樹模型見圖2。

圖1 鄰近層的瓦斯排放率與層間距的關(guān)系圖

圖2 回采工作面瓦斯爆炸事故樹圖

根據(jù)公式:

可求出事件概率，即采煤工作面瓦斯爆炸事故概率［2］，式中:j，s—最小割集的序數(shù);xi∈Kj∪Ks表示第i 個(gè)基本事件xi屬于第j 個(gè)最小割集與第s 個(gè)最小割集的并集;

qi—第i 個(gè)事件的發(fā)生概率;

r—總共的基本事件數(shù)。

根據(jù)公式:

可求出每個(gè)基本事件的危險(xiǎn)重要度［2］。

式中:

IC(i)—第i 個(gè)基本事件的危險(xiǎn)重要度;

Ig(i)—第i 個(gè)基本事件的概率重要度。

根據(jù)某礦基本事件發(fā)生頻次實(shí)際計(jì)算得出，采煤面瓦斯爆炸概率為0.02 117 053，采煤面風(fēng)量不足的危險(xiǎn)重要度為0.375 017，報(bào)警斷電儀失靈的危險(xiǎn)重要度為0. 204 763 9，照明失爆的危險(xiǎn)重要度為0.142 701，火區(qū)火源的危險(xiǎn)重要度為0.162 003，其余事件的危險(xiǎn)重要度較低。

3 治理措施

從上述分析可以看出，風(fēng)量不足、報(bào)警失效及明火是瓦斯事故發(fā)生的最主要原因。針對以上分析，提出以下工作面瓦斯治理的方法:

3.1 減少采空區(qū)漏風(fēng)

利用均壓調(diào)節(jié)技術(shù)，可有效抑制采空區(qū)瓦斯涌入工作面?？梢詮膸讉€(gè)方面減少采空區(qū)瓦斯涌出量:

1)增加采空區(qū)漏風(fēng)風(fēng)阻，采空區(qū)風(fēng)阻越大，漏風(fēng)越小，如孟莊煤礦采用工作面回頂前，順著切頂線一排支柱掛笆片的方法達(dá)到采空區(qū)增阻目的［1］。

2)減少工作面風(fēng)流壓差。隨著風(fēng)量增加，工作面兩端壓差加大，采空區(qū)漏風(fēng)量和漏風(fēng)面積也加大，涌入工作面的瓦斯也增大，所以，在保證工作面瓦斯不超限的情況下減少供風(fēng)量，可減少采空區(qū)瓦斯涌入;另外較小工作面通風(fēng)阻力，也可減少風(fēng)流壓差，從而減少采空區(qū)瓦斯涌入;還可在回采工作面回風(fēng)巷構(gòu)筑調(diào)節(jié)風(fēng)窗，調(diào)節(jié)風(fēng)流壓差。

3)吊掛下機(jī)頭擋風(fēng)簾、上機(jī)尾風(fēng)簾，防止采空區(qū)瓦斯逸出;上機(jī)尾再斜掛一導(dǎo)風(fēng)簾，將風(fēng)流引入上隅角稀釋瓦斯［3］。

4)依據(jù)上隅角瓦斯積聚最為嚴(yán)重的實(shí)際，在工作面上隅角安設(shè)風(fēng)水聯(lián)動噴霧裝置，保證此處濕潤，壓風(fēng)在上隅角形成擾動風(fēng)流，防止瓦斯積聚。

3.2 尾巷排放

利用尾巷聯(lián)絡(luò)采空區(qū)，改變采空區(qū)滲漏流場，進(jìn)入采空區(qū)的風(fēng)流一部分從工作面后半部返回回風(fēng)巷，一部分沖洗采空區(qū)后從尾巷排到回風(fēng)巷，減少采空區(qū)瓦斯涌入量和上隅角瓦斯?jié)舛龋蚕锱欧殴ぷ髅骘L(fēng)流圖見圖3。

圖3 尾巷排放工作面風(fēng)流圖

3.3 瓦斯抽放

當(dāng)工作面上隅角瓦斯經(jīng)常處于臨界狀態(tài)時(shí)，可采用風(fēng)筒抽出上隅角瓦斯的方法，將抽出的瓦斯排放到回風(fēng)流中，即在上隅角形成一個(gè)漏風(fēng)場，改變采空區(qū)風(fēng)流場，使工作面上部分風(fēng)流流入上隅角，再經(jīng)風(fēng)筒抽出。在設(shè)計(jì)安裝風(fēng)筒時(shí)，應(yīng)加上一噴霧裝置，使筒內(nèi)風(fēng)流濕潤，提高抽出率。

3.4 高壓水噴射法

某些煤礦還采用一種負(fù)壓二次降塵裝置，用高壓水霧噴射采煤機(jī)滾筒以達(dá)到稀釋落煤逸出的瓦斯，另外在上隅角用高壓水槍驅(qū)散瓦斯并帶動風(fēng)流沖洗。這種方法為輔助措施，可控制采煤工作面瓦斯含量［4］。

［1］ 陳愛和.采煤工作面瓦斯來源分析與綜合治理［J］.煤礦開采，1998(3):56 -58.

［2］ 張晶晶，董 駿.采煤工作面瓦斯爆炸事故樹分析［J］.科技向?qū)В?013(03):21 -22.

［3］ 劉豐雨，陶樹亮.采煤工作面瓦斯綜合防治［J］.水力采煤與管道運(yùn)輸，2011(2):54 -56.

［4］ 吳 剛，董加梅.采煤工作面瓦斯治理技術(shù)研究［J］.煤炭技術(shù)，2008(6):99 -100.