王雄 尚勇

（重慶中梁山煤電氣有限公司礦業(yè)分公司 重慶 400052）

礦井采空區(qū)瓦斯治理技術(shù)分析

王雄 尚勇

（重慶中梁山煤電氣有限公司礦業(yè)分公司 重慶 400052）

在我國礦產(chǎn)生產(chǎn)中，瓦斯事故最為常見，其不僅會造成大量的人員傷亡，而且還會損毀礦產(chǎn)開采設(shè)備，甚至引發(fā)嚴重的礦井火災(zāi)和爆炸等二次事故。對此，本文首先介紹了幾種常見的礦井采空區(qū)瓦斯治理技術(shù)，然后結(jié)合實例對具體的控制要點進行了詳細探究。

礦井采空區(qū)；瓦斯治理技術(shù)；應(yīng)用

1 引言

隨著開采深度和強度的不斷增加，高強度機械化采掘和集約化生產(chǎn)也在進一步加強。在礦井開挖中，瓦斯爆炸事故的危害程度很大，所以，深化對于礦井瓦斯災(zāi)害防治技術(shù)的研究，對于促進我國礦產(chǎn)安全生產(chǎn)具有十分重要的作用。

2 礦井采空區(qū)瓦斯涌出來源

瓦斯都是從壓力較高的地方涌向壓力較低的地方并不斷擴散的，當(dāng)壓力值平衡時才會結(jié)束涌動。瓦斯源指的是采空區(qū)內(nèi)瓦斯涌出的源頭，采空區(qū)瓦斯涌出量主要是由四部分組成的，分別為圍巖瓦斯涌出、未采分層瓦斯涌出、回采丟煤瓦斯涌出及鄰近層瓦斯涌出。隨著采場內(nèi)煤巖層的移動、垮落、變形，這四部分瓦斯按照各自的涌出規(guī)律涌入采空區(qū)，混合在一起，其源匯關(guān)系如圖1所示。

圖1 采空區(qū)瓦斯涌出來源示意圖

3 常見礦井采空區(qū)瓦斯處理技術(shù)

3.1 調(diào)整風(fēng)量

如果回采工作面瓦斯超限，則首先要增加風(fēng)量，降低工作面瓦斯?jié)舛?。由于工作面風(fēng)量增大，壓力大大增加，而采空區(qū)相對工作面負壓增大，采空區(qū)漏風(fēng)量增大，高濃度瓦斯就會從采空區(qū)涌向工作面回風(fēng)隅角，導(dǎo)致回風(fēng)流瓦斯?jié)舛燃眲∩仙?，濃度不斷下降，有利于回到安全開采狀態(tài)。該方法并不適用于所有礦井。

3.2 均壓法

均壓法指的是通過多種調(diào)壓方法，包括風(fēng)窗、風(fēng)機、連通管、調(diào)級氣室等，改變通風(fēng)系統(tǒng)內(nèi)的壓力分布情況，減小漏風(fēng)兩端的壓差，減少采空區(qū)瓦斯涌出量。采空區(qū)瓦斯源帶壓力為Hz，工作面壓力為Hi，Hz-Hi=H，通過均壓法，能夠增加工作面Hi值，而Hz的變化較小，即瓦斯源帶壓力與工作面區(qū)段內(nèi)的壓力差值減少，鄰近層采空區(qū)瓦斯擴散程度和滲透程度降低，鄰近層采空區(qū)瓦斯涌出也降低。

3.3 疏導(dǎo)法

疏導(dǎo)排放法指的是通過尾巷排放法、風(fēng)筒導(dǎo)引法等，改變采空區(qū)漏風(fēng)方向或者采空區(qū)瓦斯涌出的方式，減少采空區(qū)瓦斯積存量，有利于減少采空區(qū)瓦斯沿工作面上風(fēng)巷隅角側(cè)涌出。

3.4 預(yù)埋管抽放法

為了避免采空區(qū)瓦斯涌入工作面，造成瓦斯?jié)舛冗^高，可以在工作面預(yù)先布置抽放豎路，保證最前面一個豎管與工作面保持一定距離，并豎直放置進行安裝，底面用三通與抽放管路連接。豎管的長度在1～1.5m左右，頂端封閉，在頂部均勻鉆小孔，用紗布包好，放入采空區(qū)抽放。預(yù)埋管法可促使采空區(qū)上隅角瓦斯改變流向，減少瓦斯涌出，提高采空區(qū)瓦斯抽放濃度，保障礦井生產(chǎn)安全性。除此以外，還可以使用引導(dǎo)抽放法、頂板巷道抽放、消火道布置鉆孔、高位鉆孔抽放、尾巷抽放采空區(qū)瓦斯等方法。

4 礦井礦井采空區(qū)瓦斯處理工程實例

4.1 工程概況

4.1.1 224工作面概況

某礦224工作面開采2#煤層，煤層厚度3.3m，煤層傾角60，采用綜合機械化沿頂板一次采全高的走向長壁采煤法，全部垮落法處理頂板。工作面采用“兩進一回”（軌道順槽、膠帶順槽進風(fēng)通風(fēng)，尾巷回風(fēng)）通風(fēng)系統(tǒng)。采用瓦斯尾巷埋管治理采空區(qū)瓦斯，尾巷長1198m，在瓦斯尾巷內(nèi)布置抽采管道，當(dāng)回采工作面形成后，在采空區(qū)內(nèi)埋管抽采采空區(qū)內(nèi)的瓦斯，埋管高度1.5m，間距30～50m。

4.1.2 601工作面概況

601工作面采用高位鉆場治理采空區(qū)瓦斯，在6012巷內(nèi)設(shè)計8個鉆場，每個鉆場相隔80m，分別施工6個鉆孔，并在鉆場處施工兩趟6寸排水管用于打鉆排水，終孔高度位于煤層頂板向上10～15m，距工作面副巷的水平距離為5～20m。

4.1.3 603工作面概況

603工作面布置高抽巷治理采空區(qū)瓦斯，瓦斯基本參數(shù)如表1所示，高抽巷布置在603工作面外錯，605工作面內(nèi)錯，服務(wù)于兩個工作面。層間距位于距煤層頂板14m左右，最大距離達到29m。從603回風(fēng)聯(lián)巷中部開口，設(shè)計巷高3m、巷寬3.5m，20°上坡，爬坡距離48.6m，到達距煤層頂板17m后，隨著煤層的傾角變化，始終保持與煤層頂板17m的垂距，與6032巷平行掘進，距6032巷投影距離30m，距6051巷投影距離15m，高抽巷設(shè)計總長度1422.4m。高抽巷鉆孔內(nèi)605的本煤層鉆孔水平間距2.5m，603，605工作面的高、低位裂隙鉆孔分上下兩排施工，水平間距5m，垂直間距0.5m。

表1 603工作面煤層瓦斯基本參數(shù)

4.2 治理技術(shù)

利用瓦斯尾巷治理采空區(qū)瓦斯是將原來的單獨回風(fēng)巷排放瓦斯，改為工作面回風(fēng)巷和瓦斯尾巷雙巷排放瓦斯，加大了瓦斯排放巷道的面積，降低了風(fēng)阻，加快了采空區(qū)瓦斯排放的速度。最主要的是能夠改變上隅角部位的風(fēng)流狀態(tài)，消除上隅角的微風(fēng)渦旋滯留區(qū)，增加了在尾巷埋管抽采瓦斯，更能很好的治理上隅角瓦斯超限。

高位鉆場作為治理工作面和上隅角瓦斯超限的一種行之有效的方法，在很多礦井得到應(yīng)用。高位鉆場的工作原理是：根據(jù)采空區(qū)上覆巖層裂隙演化所形成的采動裂隙“O”形圈（采動裂隙圓矩梯臺帶）原理和采空區(qū)瓦斯在采動裂隙“O”形圈升浮一擴散及積聚原理，通過高位鉆場向采動裂隙“O”形圈內(nèi)布置鉆孔，以“O”形圈內(nèi)的裂隙網(wǎng)絡(luò)作為瓦斯運移的通道，經(jīng)負壓抽采采空區(qū)內(nèi)的瓦斯。

高抽巷治理瓦斯的主要原理為：根據(jù)采動裂隙帶的演化機理和瓦斯在采動裂隙帶內(nèi)的運移規(guī)律，將巷道或鉆孔布置在裂隙帶內(nèi)，當(dāng)頂板垮落后，頂板巖層及煤層的瓦斯平衡受到破壞，由圍巖和采空區(qū)遺煤等解析的瓦斯經(jīng)過裂隙網(wǎng)絡(luò)會向采空區(qū)的上覆裂隙帶聚集，在抽采負壓的作用下向能及時抽出，在到達治理采空區(qū)瓦斯的目的同時，能夠改變采空區(qū)流場分布，減少采空區(qū)瓦斯涌向工作面，控制上隅角瓦斯超限。

4.3 效果分析

通過對抽采濃度、純流量、抽采率等參數(shù)實測并分析，以檢驗瓦斯治理效果，參見圖2～4。

圖2 瓦斯抽采濃度對比圖

圖3 抽采純流量對比圖

圖4 抽采率對比圖

（1）工作面回采初期，瓦斯尾巷抽采濃度為2.5%，隨著工作面推移，抽采濃度逐漸升高，回采到30d左右，抽采濃度達到最大值14.1%，隨著工作面推移，抽采濃度又逐漸降低，回采到60d左右，抽采濃度為6.4%，在整個實測過程中，抽采濃度值波動范圍較大；高位鉆場在工作面回采初期抽采濃度為7.4%，隨著工作面推移抽采濃度有時高時低現(xiàn)象，但波動范圍較小，回采到60d左右，抽采濃度為14.8%；工作面回采初期，高抽巷抽采瓦斯?jié)舛葹?.6%，隨著工作面的推移抽采濃度逐漸升高，工作面回采到40d和55d時，抽采濃度急劇升高，回采到55d左右時，抽采濃度趨于穩(wěn)定，達到23.8%，如圖2所示。

（2）三者抽采純流量在工作面回采初期相差不大，在回采到20d時瓦斯尾巷抽采純流量驟然上升，從1.24m3/min升高到2.96m3/min，然后逐漸下降，在回采到30d左右時，抽采純流量達到最大值為3.5m3/min，隨著工作面推移抽采純量整體呈現(xiàn)下降趨勢，回采到60d時，抽采純流量為2.0m3/min；高位鉆場抽采純流量在前28d內(nèi)總體上逐漸上升，在28d時達到3.15m3/min，在28～30d時，抽采純流量下降到1.92m3/min，在30～48d時，抽采純流量出現(xiàn)升高降低趨勢，在48～50d，抽采純流量從1.94m3/min下降到0.86m3/min；高抽巷抽采純流量整體呈現(xiàn)出上升趨勢，在30d和42d時，上升幅度較大，在55d左右時，抽采純流量趨于穩(wěn)定，達到5.23m3/min，如圖3所示。

（3）瓦斯尾巷抽采率較低，平均值僅為23.1%；高位鉆場抽采率在回采初期為32.4%，在回采的前25d時，抽采率逐漸降低到24.5%，在26d時急劇升高到46.2%，隨后抽采率保持在40%左右；高抽巷抽采率在回采初期為18.4%，在第5d時，升高到42.1%，隨后有小幅度下降，在第14d時抽采率升到68.5%，隨后抽采率在55.0～65.0%之間上下波動，如圖4所示。

5 結(jié)語

當(dāng)前，我國在瓦斯治理方面已經(jīng)取得了很大的進步，但是由于產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不斷調(diào)整，礦井瓦斯災(zāi)害的危險性在不斷增加，因此必須加強瓦斯治理方面的研究。瓦斯事故治理系統(tǒng)性很強，需要采用全方位、全過程的綜合治理方式，在實踐中不斷探索，保障礦產(chǎn)安全生產(chǎn)，促進社會效益和經(jīng)濟效益的協(xié)調(diào)發(fā)展。

[1]任仲久.基于地面鉆孔抽采技術(shù)的采空區(qū)瓦斯治理[J].能源技術(shù)與管理，2013（6）：24～25.

[2]幸小斌，葉云超，汪多斌.串聯(lián)通風(fēng)工作面采空區(qū)上隅角瓦斯治理技術(shù)[J].煤炭技術(shù)，2015（9）：63～65.

[3]劉衛(wèi)忠.夏闊坦煤礦采空區(qū)火害、瓦斯綜合防治技術(shù)[J].煤炭科技，2014（3）：91～93.

TD712

A

1004-7344（2016）04-0177-02

2016-1-25