盛永志

(長治市礦山救護隊，山西 長治 046000)

引 言

隨著綜采技術(shù)的不斷進步，煤礦井下綜采效率得到了快速的提升，在綜采作業(yè)過程中瓦斯的釋放速度也得到了進一步的加快，使巷道井下空氣內(nèi)的瓦斯含量快速上升，給作業(yè)人員的身體健康和正常的綜采作業(yè)造成了極大的安全隱患。特別是在井下回采作業(yè)的過程中，在采空區(qū)內(nèi)的瓦斯突出量占據(jù)了綜采作業(yè)面瓦斯突出含量的65%左右，一旦發(fā)生瓦斯爆炸事故將造成巨大的人員傷亡和經(jīng)濟損失。針對現(xiàn)有的煤礦井下瓦斯防治方案效率低、排采效果差的現(xiàn)狀，本文針對性地提出了多種瓦斯抽采方案，根據(jù)實際應用表明，優(yōu)化后該方案能夠?qū)⑼咚钩椴陕侍嵘?6.27%，綜采作業(yè)過程中井下空氣內(nèi)的瓦斯?jié)舛染３衷?%以下，極大地提升了煤礦井下綜采作業(yè)的安全性，具有較大的應用推廣價值。

1 綜采面瓦斯突出量分析

本文以某礦井下綜采面為分析對象，其煤層平均厚度約為2.7 m，煤層走向約為673 m，煤層平均傾角約為7.6°，煤層埋深約為527 m，井下綜采面的瓦斯平均含量為4.25 m3/。據(jù)統(tǒng)計，在綜采作業(yè)過程中井下瓦斯的最大突出量約為11.36 m3/t，該礦井采用了分區(qū)段進行抽風的通風方案。

在煤礦井下綜采作業(yè)過程中，瓦斯突出主要來自于綜采面的瓦斯涌出及鄰近采空區(qū)域的瓦斯涌出，綜采作業(yè)過程中井下瓦斯的涌出量可表示為式(1)[1]。

q=q1+q2

(1)

式中：q1為綜采作業(yè)面的瓦斯涌出量，m3/t；q2為采空區(qū)的瓦斯涌出量，m3/t。

根據(jù)對煤礦井下綜采面及采空區(qū)域內(nèi)瓦斯涌出量進行實際監(jiān)測可知，井下綜采面上的瓦斯涌出量約為4.88 m3/t，占瓦斯總涌出量的46.1%，采空區(qū)的瓦斯涌出量約為5.72 m3/t。由于井下瓦斯單位時間內(nèi)的涌出量相對較大，依靠傳統(tǒng)單一的瓦斯抽采方案無法達到有效提升瓦斯抽采效果的目的，因此需綜合多種瓦斯抽采方案，實現(xiàn)對井下瓦斯的有效控制。

2 采空區(qū)埋管抽采

針對井下采空區(qū)內(nèi)瓦斯含量高、突出量大的特性，而且分區(qū)段進行抽風的通風方案對采空區(qū)的抽采效果較差，因此采用了在采空區(qū)設(shè)置專門的埋管進行抽采的方案，加強對采空區(qū)瓦斯的抽采效果，在該埋管的進氣口位置可采用三通的閥門結(jié)構(gòu)，埋設(shè)的抽采管道應采用串接形式[2]，便于隨著綜采作業(yè)的進行而不斷地調(diào)整埋管進氣口的位置，達到最佳的抽采效果。采空區(qū)預埋管結(jié)構(gòu)如第82頁圖1所示。

針對某礦井下實際情況，采用將埋管進氣口先深入到采空區(qū)內(nèi)10 m，埋管高度設(shè)置為1 500 mm，管口的一側(cè)沿著采空區(qū)走，一側(cè)沿著綜采作業(yè)面走，確保對巷道內(nèi)瓦斯抽采的效果，將采空區(qū)內(nèi)的瓦斯抽采后在回風巷進行釋放，利用回風巷氣流量大的特性，實現(xiàn)快速地將巷道內(nèi)的瓦斯氣體排出，既確保了井下空氣內(nèi)的瓦斯含量在安全范圍內(nèi)，又簡化了埋管要求，節(jié)約了施工成本。

圖1 井下巷道內(nèi)埋管結(jié)構(gòu)示意圖

3 瓦斯截留鉆孔抽采及通風控制

瓦斯截留鉆孔抽采是指通過對瓦斯涌出點和涌出量的分析，提前確定瓦斯分布集中的區(qū)域，然后利用鉆孔的方案將煤層內(nèi)的瓦斯提前排出，確保在綜采作業(yè)過程中的可靠性。根據(jù)該礦井下實際監(jiān)測情況，其瓦斯集中區(qū)域位于井下運輸巷道內(nèi)超前約37 m處，因此在施工的過程中提前對井下運輸巷進行超前設(shè)置瓦斯截留鉆孔，對該區(qū)域內(nèi)煤層內(nèi)的瓦斯進行超前截留、抽放[3]，在設(shè)置瓦斯截留抽放孔時，重點控制井下底抽巷正上方約5 m的范圍，同時將抽采的終點設(shè)置在底抽巷上側(cè)5 m處。該礦井下瓦斯截留鉆孔抽采鉆孔布置結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 井下瓦斯截留鉆孔布置結(jié)構(gòu)示意圖

根據(jù)該礦井下實際情況，本文所采用的煤礦井下瓦斯防治方案還包括利用礦井通風系統(tǒng)，實現(xiàn)對煤礦井下風量的智能控制，根據(jù)實時監(jiān)測到的井下瓦斯含量的不同來控制通風系統(tǒng)增加或者降低巷道內(nèi)的風量，實現(xiàn)對井下巷道內(nèi)瓦斯含量的智能調(diào)控[4]，根據(jù)實際監(jiān)測表明，根據(jù)該礦井下瓦斯最大涌出量，確保通風系統(tǒng)的風量能夠達到666 m3/min即可，目前通風系統(tǒng)的最大供風量約為873 m3/min滿足井下安全通風需求。

4 煤礦井下底抽巷穿層鉆孔瓦斯抽采

根據(jù)井下巷道的實際情況，在采用以上方案對井下瓦斯進行提前抽采的基礎(chǔ)上，為進一步確保瓦斯突然大量涌出時的情況，本文又提出了一種新的煤礦井下底抽巷穿層瓦斯抽采方案，即在煤層瓦斯的賦存區(qū)域，在井下巷道的底巷處進行鉆孔抽采，鉆孔時根據(jù)地形條件，各鉆孔的深度要在30 m～90 m，同時，鉆孔的傾角應在45°左右，各個鉆孔之間的距離不大于50 m，利用底巷風流量大的有利條件實現(xiàn)快速地將底巷內(nèi)釋放出的瓦斯排出巷道，進一步確保煤礦井下綜采作業(yè)過程中的安全性，滿足瓦斯防治安全的需求。

5 井下應用情況

綜合以上井下瓦斯防治方案，本文對應用后的井下綜采作業(yè)過程中瓦斯的抽采情況進行了監(jiān)測，結(jié)果如圖3所示。

圖3 應用后的瓦斯抽采情況

根據(jù)2019-07-01至2019-07-10之間對煤礦井下回風巷和上隅角位置處瓦斯?jié)舛鹊谋O(jiān)測，在綜采作業(yè)期間井下回風巷處的平均瓦斯?jié)舛仍?.89%，且浮動變化范圍較小，滿足煤礦井下瓦斯含量分布要求。上隅角位置處的瓦斯?jié)舛入S著時間的增加呈現(xiàn)逐漸升高的趨勢，其平均瓦斯?jié)舛燃s為0.52%，也滿足煤礦安全規(guī)程的規(guī)定，瓦斯抽采率提升到86.27%。上隅角位置瓦斯?jié)舛壬仙饕怯捎诰律嫌缃翘幍耐L為非暢通斷面[5]，長時間集聚后會導致瓦斯?jié)舛鹊脑黾樱瑢υ撎幫咚節(jié)舛鹊目刂浦饕峭ㄟ^和通風系統(tǒng)的聯(lián)動完成的，當瓦斯?jié)舛瘸^1%時，系統(tǒng)就會啟動局部風機對其進行加強換氣，既確保煤礦井下通風安全，又能降低電能消耗，滿足節(jié)能的需求。

6 結(jié)論

針對煤礦井下綜采作業(yè)過程中瓦斯突出嚴重影響綜采作業(yè)安全和人員身體健康的情況，本文結(jié)合某礦井下實際情況，提出了采空區(qū)埋管抽采、瓦斯截留鉆孔抽采及通風控制的綜合煤礦井下瓦斯防治方案，對各種方案的具體原理、設(shè)置方式等進行了分析，結(jié)果表明：

1) 在煤礦井下綜采作業(yè)過程中，瓦斯突出主要來自于綜采面的瓦斯涌出及鄰近采空區(qū)域的瓦斯涌出，因此對瓦斯突出量的預測要結(jié)合兩種涌出量進行分析；

2) 根據(jù)該礦井下瓦斯最大涌出量，確保通風系統(tǒng)的風量能夠達到666 m3/min即可，目前通風系統(tǒng)的最大供風量約為873 m3/min，完全能夠滿足井下安全通風需求；

3) 在井下巷道的底巷處進行鉆孔抽采，各鉆孔的深度要在30 m～90 m，同時，鉆孔的傾角應在45°左右，各個鉆孔之間的距離不大于50 m，利用底巷風流量大的有力條件實現(xiàn)快速地將底巷內(nèi)釋放出的瓦斯排出巷道，確保綜采作業(yè)安全；

4) 采用綜合控制方案后，在綜采作業(yè)期間井下平均瓦斯?jié)舛仍?%，滿足煤礦井下瓦斯含量分布要求，且瓦斯抽采率提升到了86.27%，能夠有效確保井下綜采作業(yè)安全性。