李 波

（山西宏廈第一建設有限責任公司， 山西 陽泉 045000）

引言

在礦井五大自然災害中，瓦斯危害排名第一，瓦斯治理關系到整個礦井開采和生產(chǎn)效益，必須要高度重視。根據(jù)相關統(tǒng)計表明，煤巷掘進工作面突出煤層占比較高，且突出次數(shù)高達94%以上。而突出煤層瓦斯含量高，危險系數(shù)大，對工作人員而言，生命健康威脅大，因此對瓦斯的治理至關重要，特別是在綜合機械化掘進中瓦斯的分級治理[1]。所以，對高瓦斯礦井煤巷掘進工作面實施瓦斯分級治理具有非常重要的現(xiàn)實意義。

1 高瓦斯礦井煤巷掘進工作面概述

某礦是高瓦斯礦井，094采區(qū)8號礦井4號煤層為主采煤層，煤層平均厚度為5.8 m，以中厚煤層為主，頂層的黑色泥巖平均厚度為3.2 m，含菱鐵、夾鋁土泥巖，底板灰黑色砂質泥巖平均厚度為5.4 m，煤層原始瓦斯含量為12.4 m3/t，相對瓦斯涌出量為23.5 m3/t，絕對瓦斯涌出量為58.4 m3/t，堅固性系數(shù)f=0.28～0.48，透氣性系數(shù)為0.47 m/（MPa·d）。4號煤層掘進工作屬于破壞類型，在掘進工作中很容易出現(xiàn)噴孔、抱鉆、頂鉆、卡鉆等瓦斯動力現(xiàn)象。因此，在高瓦斯礦井煤巷掘進工作面作業(yè)時，使用常規(guī)瓦斯治理方法，很難有效解決瓦斯超限和雙巷掘進過程中所產(chǎn)生的問題，所以在煤巷掘進工作面掘進過程中，必須要根據(jù)實際情況，采取分層治理，使用各種有效的技術對其進行綜合治理，比如“四位一體”，這樣才能有效實現(xiàn)瓦斯綜合防治的理想效果，保障煤層掘進工作高效運行，避免各種危險事故發(fā)生，提高礦井煤巷開采的安全性和質量。

2 高瓦斯礦井煤巷掘進工作面瓦斯分級治理方法

2.1 工作面通風

在瓦斯含量＜8 m3/t區(qū)域中。高瓦斯礦井煤巷掘進工作面通風是最基礎的瓦斯治理方法，因此應科學選擇合理的通風系統(tǒng)，既能為掘進工作面提供充足的風量，還能在一定程度上保證掘進工作面的瓦斯安全。在絕大多數(shù)高瓦斯礦井煤巷掘進工作面中，局部通風治理瓦斯比較常見，通風量控制在300～800 m3/min，可采取大型通風機雙機電機供風（如圖1所示），比如FBD NO.5.0/2×5.5礦用風機，該機型配套電機功率5.5 kW，轉速2 900 r/min，軸功率5.5 kW，風機壓力750～3 000 Pa，供風距離必須要控制在合理的范圍（1 000 m左右），如果供風距離超過這個范圍，就會大大降低局部通風機供風量[2]。

圖1 大型通風機雙機電機

從各個大型高瓦斯礦井煤巷掘進工作面規(guī)模來看，巷道長度超過2 000 m就不適合使用局部通風，由于巷道長度過長，局部通風機通風能力無法滿足巷道的長度需求，在煤巷不斷掘進的過程中，隨著巷道的長度增加，瓦斯涌出量也在不斷增大，容易導致瓦斯含量超限，在這種情況下必須要采取有效的方法進行解決。

因此，針對距離超過2 000 m的巷道，煤巷掘進工作面瓦斯治理方法使用大型機械設備，在巷道內(nèi)形成一個有效的通風系統(tǒng)，并借助變頻調速技術、PLC控制與采集及上位檢測技術，實現(xiàn)巷道內(nèi)正常通風，實現(xiàn)對瓦斯實施控制。礦井通風機自動控制系統(tǒng)除了能夠全自動化控制巷道瓦斯含量，還能對重要風機設備實施在線檢測，大大提高了設備的可靠性和安全性[3]，如下頁圖2所示。這種通風系統(tǒng)可有效縮短供風距離，還能確保煤巷供風量滿足工作需求，有效稀釋瓦斯量，確保巷道瓦斯不會超過預警值。

圖2 礦機主要通風機自動控制系統(tǒng)

2.2 水力擠出

從目前的瓦斯治理方法來，水力擠出治理方法具有明顯的效果，當煤巷掘進工作面前方超過臨界時通過鉆孔向內(nèi)注水，可有效改善煤巖的突出傾向性、變形特征、強度性質。隨著注水量增加，煤體含水率也在增加，煤體彈性模量和強度會大大降低。由于注水后，煤體結構發(fā)生變化，煤層逐漸被壓壞，導致煤體發(fā)生“塑化”變形。同時煤體彈性模量降低，會在一定程度上增加彈性能量的消耗，因此會大大降低煤的沖擊傾向力，減少危害事件的發(fā)生[4]。注水后由于煤體的擠出導致掘進工作面承壓能力降低，同時導致臨界狀態(tài)帶4深度增加，促使卸壓帶范圍擴大，為鉆孔的抽放工作提供了更為廣闊的空間。

通過鉆孔向內(nèi)注水，會產(chǎn)生大量的裂縫，提升煤層透氣性，促使煤層內(nèi)的瓦斯實現(xiàn)進一步釋放，即使在后期掘進時，涌出的瓦斯含量也會大大減少，保證了煤巷掘進工作面的安全[5]。另外，使用底抽巷穿層孔的方法釋放掘進工作面四周的瓦斯，除可有效提高煤的強度和透氣性外，還有利于增加注水量，從而有效控制瓦斯含量在合理的范圍內(nèi)。

注水孔布置方式如圖3所示。鉆孔數(shù)量為5個，鉆孔直徑為42mm，鉆孔深度為60m，封孔深度為7m，距巷中線距離為1.4 m。在施工過程中，需要盡量開底抽巷穿層孔，且開孔距離巷穿層孔的距離控制在0.3 mm。

注水參數(shù)對瓦斯和煤體有著直接的聯(lián)系，參數(shù)不同注水效果不同，如果注水壓力過低就會導致注水之間增長，如果注水壓高過低就會引發(fā)外滲。因此在水力擠出時，必須要根據(jù)實際情況，合理設定注水參數(shù)，適合把握注水量和注水壓力。

2.3 隔斷式鉆孔預抽迎頭煤體瓦斯

影響煤巷掘進工作面瓦斯涌出量主要來源于巷道兩側卸壓帶瓦斯，為了有效控制瓦斯的涌出量，可采取阻隔方式，在煤層和巷道之間建立屏障，防止在掘進過程中巷道兩側卸壓帶瓦斯涌出，還能提前對未掘進區(qū)域的瓦斯進行預抽，實現(xiàn)對掘進面的瓦斯進行抽放，大大降低了煤巷工作面瓦斯的涌出量[6]。

圖3 注水孔布置參數(shù)

3 嚴格瓦斯管理

在高瓦斯礦井煤巷掘進中，割煤期間會涌出大量的瓦斯，且瓦斯含量占比較高，對整個煤巷掘進來說，只有合理控制好割煤環(huán)節(jié)的瓦斯，才能有效控制瓦斯含量，確保煤巷掘進工作的安全性。所以必須要嚴格控制割煤工藝，按照相關流程和規(guī)章制度進行割煤作業(yè)，割煤順序必須要按照從上往下進行作業(yè)，這樣可有效避免在切割過程中出現(xiàn)瓦斯瞬間異常涌出等嚴重問題[7]。另外，同樣要嚴格控制割煤速度，一定要勻速割煤，割煤速度的控制需要根據(jù)現(xiàn)場瓦斯監(jiān)測情況，防止因割煤速度過快導致瓦斯涌出量增加，危害到工作人員的人身安全。割煤時間應控制在最短時間內(nèi)，由于在割煤過程中瓦斯不斷涌出，當涌出量濃度在0.4%時，若不能及時進行排放，會導致煤巷瓦斯含量增加，故必須要合理控制割煤時間，一般情況下全斷面割煤時間控制在1 h內(nèi)，確保瓦斯?jié)舛瓤刂圃诤侠淼姆秶鷥?nèi)。煤巷掘進工作面瓦斯?jié)舛冗_到0.6%時，必須要停止割煤，瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測主要由掘進機司機負責[8]。通常情況下載掘進機尾部安裝便攜式檢測儀，當瓦斯?jié)舛冗_到0.6%必須停機割煤。除此之外，還需要在回風流探頭處進行監(jiān)測，同樣瓦斯?jié)舛炔豢沙^0.6%，由專職監(jiān)測人員監(jiān)測，只有當瓦斯?jié)舛鹊陀?.4%以下才能正常割煤。嚴格遵循以上要求進行割煤，定能大幅度降低煤巷掘進工作面瓦斯含量，減少瓦斯含量超預警值次數(shù)60%以上。

4 結語

礦井煤巷掘進工作面瓦斯治理是保障礦井安全生產(chǎn)的基礎和前提，在掘進工作中只有使用合理的通風系統(tǒng)，分級實施水力擠出措施和隔斷式鉆孔預抽迎頭煤體瓦斯措施，采取嚴格的瓦斯管理，才能保障礦井生產(chǎn)安全和工作人員生命安全。