王木森

(陽(yáng)泉市上社二景煤炭有限責(zé)任公司，山西 陽(yáng)泉 045100)

引 言

我國(guó)煤炭的儲(chǔ)量在全球范圍內(nèi)排名靠前，而且大部分煤層埋藏于地下。瓦斯作為煤炭地下工作面開采是的主要危險(xiǎn)源之一，若處理不當(dāng)嚴(yán)重威脅著綜采工作面的生產(chǎn)安全和作業(yè)人員的人身安全，進(jìn)而制約著煤炭的開采效率。經(jīng)統(tǒng)計(jì)表明，我國(guó)每年由于瓦斯所導(dǎo)致的煤礦工事故的發(fā)生案例最多，且事故損失最嚴(yán)重。因此，在實(shí)際生產(chǎn)中采取一定的防治措施以確保瓦斯不會(huì)導(dǎo)致更嚴(yán)重過(guò)事故的發(fā)生。通常情況下，常采用合理、有效的通風(fēng)方案實(shí)現(xiàn)對(duì)工作面瓦斯的稀釋甚至消除[1]。本文將對(duì)當(dāng)前煤礦的瓦斯防止技術(shù)進(jìn)行研究，并在對(duì)某項(xiàng)技術(shù)的實(shí)踐應(yīng)用進(jìn)行分析。

1 工程概況

以某礦某個(gè)工作面為研究對(duì)象，該工作面的走向長(zhǎng)度約為3.7 km，傾斜寬度約為1.2 km。工作面可采煤層共有9層，且開采煤層的總厚度為12 m。而且，在可采煤層中共有4個(gè)煤層的煤種為焦煤。各個(gè)煤層的頂?shù)装迩闆r、煤層厚度以及煤間距參數(shù)，如表1所示：

該工作面的傾角范圍為8°～10°，平均傾角為9°。經(jīng)探測(cè)可知，工作面目前落差大于8 m的斷面共有5條，第一條和第二條斷層的落差均大于30 m。其中，第一條段層延伸長(zhǎng)度為12.5 km，第二條斷層的延伸長(zhǎng)度為11 km。經(jīng)對(duì)工作面瓦斯情況測(cè)量可知：工作面的瓦斯的相對(duì)涌出量為72.41 m3/t，絕對(duì)涌出量為62.87 m3/min;二氧化碳的相對(duì)涌出量為3.52 m3/t，絕對(duì)涌出量為3.06 m3/min。目前，工作面采用中央并列式的通風(fēng)方式，且通風(fēng)機(jī)數(shù)量為2臺(tái)，每臺(tái)通風(fēng)機(jī)的功率為30 kW，風(fēng)量為1 500 m3/min。

表1 工作面可采煤層特征參數(shù)

經(jīng)對(duì)工作面瓦斯儲(chǔ)藏規(guī)律進(jìn)行分析可知：工作面瓦斯含量最大的煤層為11#煤層，最小瓦斯含量為9#煤層；9#和11#煤層瓦斯的壓力及其含量均隨著其煤層厚度的增加而增加，但是其相關(guān)性較差。總之，該工作面煤層的瓦斯突出危險(xiǎn)性較高，其治理難度較大。

2 瓦斯防治技術(shù)研究

從對(duì)該煤礦工作面的工程概況研究的基礎(chǔ)上可知煤層存在較大瓦斯突出風(fēng)險(xiǎn)，且其治理難度較大[2]。因此，需更加重視對(duì)該工作面瓦斯的防范和治理。

2.1 煤層開采順序的確定

在實(shí)際生產(chǎn)中可通過(guò)開采保護(hù)層的方式得到區(qū)域性放瓦斯突出的事故發(fā)生。開采保護(hù)層放瓦斯突出的原理，如圖1所示。

圖1 開采保護(hù)層防瓦斯突出原理圖

該工作面共包含有9個(gè)可開采煤層，且尤其以2#、4#、7#以及9#、11#煤層瓦斯突出的危險(xiǎn)系數(shù)最高。因此，需對(duì)這5個(gè)煤層的開采順序進(jìn)行重新評(píng)估[3]。

經(jīng)對(duì)上述工作面五個(gè)煤層的瓦斯含量及壓力分析可得：2#和4#煤層的突出危險(xiǎn)系數(shù)明顯大于其余3個(gè)煤層。因此，不宜將2#和4#煤層先于7#、9#、11#煤層開采。而且，就目前工作面發(fā)生瓦斯突出事故的情況來(lái)看，其均發(fā)生在11#煤層。因此，11#層也不宜作為保護(hù)層先行開采。經(jīng)上述分析，工作面僅剩7#和9#煤層可作為保護(hù)層先行開采。而且，綜合分析工作面抽采鉆孔工作量和瓦斯抽采難度，確定9#煤層為保護(hù)層先行開采。

通過(guò)對(duì)工作面各個(gè)煤層可開采情況的分析可知：整個(gè)工作面中可全部開采的煤層為2#、9#以及11#；可大部分開采的煤層為7#；可局部開采的煤層為4#和5#；剩余煤層幾乎不可開采。因此，確定9#煤層先行開采后，可從2#、7#以及11#煤層中確定一個(gè)接續(xù)開采煤層。綜合考慮工作面揭煤的安全風(fēng)險(xiǎn)和可持續(xù)開采的因素，確定11#煤層為9#煤層的接續(xù)開采煤層。

根據(jù)上述思路最終確定瓦斯突出概率最小的開采順序?yàn)椋?#煤層→11#煤層→2#煤層→7#煤層→4#煤層。

2.2 預(yù)抽煤層瓦斯

由于9#煤層屬于瓦斯突出概率最高、危險(xiǎn)性最高的煤層。因此，當(dāng)9#煤層作為保護(hù)層先行開采時(shí)需采取相應(yīng)的區(qū)域防瓦斯突出措施[4]。預(yù)抽煤層瓦斯為區(qū)域防突的措施之一，其原理如圖2所示。

圖2 預(yù)抽煤層瓦斯防突出危險(xiǎn)原理圖

目前，可應(yīng)用于煤層瓦斯的預(yù)抽方式有頂?shù)装逋咚瓜锎鱼@孔預(yù)抽煤巷條帶煤層瓦斯和邁步式順層長(zhǎng)鉆孔預(yù)抽煤巷條帶煤層瓦斯。結(jié)合當(dāng)前煤礦的煤層賦存情況和順層鉆孔的施工能力，針對(duì)9#煤層采用頂?shù)装逋咚瓜锎鱼@孔預(yù)抽煤巷條帶煤層瓦斯的預(yù)抽方式。

3 瓦斯防治技術(shù)的應(yīng)用

3.1 瓦斯防治方案的設(shè)計(jì)

為了達(dá)到有效防止瓦斯的效果，需對(duì)煤層采用順層鉆孔抽放和瓦斯尾巷抽放的綜合治理技術(shù)[5]。

針對(duì)順層鉆孔技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)煤層瓦斯的抽取采用，如圖3所示的鉆孔布置示意圖。

圖3 順層鉆孔技術(shù)下鉆孔布置示意圖

如圖3所示，鉆孔的間距為2 m，鉆孔的抽放半徑為1 m以及鉆孔的直徑為75 mm。根據(jù)前期對(duì)煤層瓦斯含量的探測(cè)，需保證預(yù)抽時(shí)間的天數(shù)不少于40天。

為了防止由于工作面負(fù)壓的緣故導(dǎo)致空氣吸入工作面瓦斯尾巷，從而降低煤層的抽采效果甚至引起自燃事故。在回采過(guò)程中，對(duì)瓦斯尾巷采用將其浮煤清理干凈并噴灑阻化劑的措施。此外，還需加強(qiáng)對(duì)瓦斯尾巷的管路保護(hù)，以防管路由于頂板垮落而壓斷。

3.2 瓦斯防治效果

將上述瓦斯防治方案應(yīng)用于該礦工作面的生產(chǎn)中，并對(duì)瓦斯抽放泵的流量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)驗(yàn)證工作面瓦斯的防治效果。

瓦斯抽放泵分為低負(fù)壓瓦斯抽放泵和高負(fù)壓瓦斯抽放泵。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用觀測(cè)可知：

1) 通過(guò)對(duì)低負(fù)壓瓦斯抽放泵的流量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)可知，瓦斯抽放濃度為20%，且瓦斯抽放的實(shí)際流量為52 m3/min。

2) 通過(guò)對(duì)高負(fù)壓瓦斯抽放泵的流量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)可知，瓦斯抽放濃度為25%，且瓦斯抽放的實(shí)際流量為33 m3/min。

采用上述方案連續(xù)抽采40天后開采，在實(shí)際開采過(guò)程中瓦斯的涌出量為7.2 m3/min；而當(dāng)前工作面所配置通風(fēng)系統(tǒng)的風(fēng)量為1 500 m3/min。因此，基于上述瓦斯防治技術(shù)治理后的瓦斯?jié)舛葷M足《煤炭安全規(guī)程》的相關(guān)要求。

4 結(jié)語(yǔ)

一直以來(lái)，工作面煤層的瓦斯突出事故是影響工作面安全性的主要因素之一，而且其危害強(qiáng)度也非常大。因此，對(duì)礦井工作面瓦斯的治理工作及其治理效果尤為重要。對(duì)于多煤層工作面而言，可通過(guò)采用保護(hù)層先行開采，煤層預(yù)抽放瓦斯等技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)工作面煤層瓦斯的治理工作，為工作面的安全生產(chǎn)奠定基礎(chǔ)。