常海清

（山西汾西正文煤業(yè)有限責(zé)任公司， 山西 孝義 032300）

瓦斯是煤礦開采過程中釋放出來的無色、無味、無臭的氣體，其防治難度較大，且瓦斯防治工作在煤礦安全管理中占據(jù)較大的比重。瓦斯對(duì)井工煤礦開采的危害巨大，一是可能引起瓦斯爆炸及瓦斯突出事故，以2016年的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)為例，2016年全年全國(guó)共發(fā)生煤礦安全事故249起，死亡538人，在這些事故中，共有瓦斯爆炸事故9起，死亡142人，瓦斯突出事故4起，死亡28人，因瓦斯事故造成的死亡人數(shù)占全年煤礦死亡人數(shù)的31.6%，是礦井安全生產(chǎn)的頭號(hào)殺手；二是瓦斯無色無味，不易被察覺，人員誤入瓦斯超限區(qū)域容易造成窒息甚至死亡事故；三是瓦斯可以燃燒，引起礦井火災(zāi)事故，造成重大損失[1-3]。因此，對(duì)于工作面瓦斯涌出，尤其是對(duì)于近距離下層煤開采時(shí)，會(huì)受本煤層工作面回采瓦斯涌出及鄰近煤層工作面所積聚瓦斯涌出的雙重影響，其治理難度相當(dāng)大。本文即針對(duì)近距離下層煤開采時(shí)面臨的瓦斯治理難題，利用均壓通風(fēng)技術(shù)進(jìn)行針對(duì)性治理，并配合鉆孔瓦斯抽放技術(shù)的實(shí)施，實(shí)現(xiàn)對(duì)瓦斯的有效治理。

1 工程概況

某礦9號(hào)煤層與10號(hào)煤層為典型近距離煤層，下位10號(hào)煤層的頂板平均厚度僅2 m，在下位10號(hào)煤層1001工作面掘進(jìn)過程中，發(fā)現(xiàn)頂板厚度最薄處僅0.4～0.6 m，且1001工作面上部煤層已回采超過2年，預(yù)計(jì)其采空區(qū)內(nèi)積聚有高濃度瓦斯。在該地質(zhì)條件下，1001工作面回采過后，直接頂板垮落后新形成的采空區(qū)與上部采空區(qū)混合，造成上部采空區(qū)內(nèi)瓦斯大量溢出，給1001工作面的瓦斯治理工作帶來巨大挑戰(zhàn)?，F(xiàn)場(chǎng)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，工作面初采期間采面中上部、上隅角及回風(fēng)巷口等處瓦斯?jié)舛冉?jīng)常達(dá)到甚至超過0.7%，瓦斯超限后，造成了工作面停產(chǎn)的嚴(yán)重后果，因此急須采取有效措施對(duì)本綜采面瓦斯進(jìn)行綜合治理，降低采面瓦斯?jié)舛?，從而達(dá)到安全生產(chǎn)的目的。

2 均壓通風(fēng)技術(shù)原理

2.1 均壓通風(fēng)技術(shù)原理分析

均壓通風(fēng)技術(shù)在我國(guó)礦井通風(fēng)中應(yīng)用較為廣泛，其技術(shù)原理是通過控制風(fēng)流方向或控制風(fēng)量、風(fēng)壓，從而平衡回采空間及采空區(qū)的風(fēng)壓，控制采空區(qū)漏風(fēng)量，控制瓦斯積聚，實(shí)現(xiàn)瓦斯的有效治理。如果采取的通風(fēng)技術(shù)不合理，造成工作面與采空區(qū)風(fēng)壓不平衡，有可能造成采空區(qū)漏風(fēng)，進(jìn)而將采空區(qū)內(nèi)積聚的瓦斯攜出，并在工作面上隅角積聚，造成瓦斯超限，帶來重大安全威脅。均壓通風(fēng)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于控制采空區(qū)漏風(fēng)，而且漏風(fēng)程度越大，使用效果越好，對(duì)控制上隅角瓦斯超限效果明顯。均壓通風(fēng)通常使用風(fēng)道并聯(lián)、風(fēng)窗調(diào)節(jié)或者局部通風(fēng)機(jī)的方法進(jìn)行調(diào)風(fēng)，可單獨(dú)使用或者配合使用。

2.2 瓦斯涌出量計(jì)算及分析

假定工作面保持恒定推采速度，假定煤體中瓦斯含量分布曲線的形式不變，則單位時(shí)間內(nèi)煤層所涌出的瓦斯量為原始瓦斯含量和產(chǎn)煤量的乘積，而從采煤工作面運(yùn)送出的煤炭中包含的瓦斯為所剩余含量和采煤量的乘積，而從采煤工作面運(yùn)送出的煤炭中包含的瓦斯為剩余含量和采煤量的乘積。因此，開采層工作面的瓦斯涌出量為[4]：

式中：x0為本層煤瓦斯?jié)舛龋琺3/m3；x1為運(yùn)出煤炭的殘余瓦斯含量，m3/m3；m為煤層采厚，m；u為回采進(jìn)度，m/d；L 為工作面傾向長(zhǎng)度，m；LB、LH分別為上隅角和下隅角瓦斯排放帶口的寬度，m。

從鄰近層采空區(qū)向開采層涌出的瓦斯量所受影響因素較多，使用較多的計(jì)算公式為原蘇聯(lián)學(xué)者O．H．切爾諾夫等提出的計(jì)算公式[5]：

式中：A為開采層回采工作面每天產(chǎn)煤量，t；m1為上或下鄰近層的開采厚度，m；γ1為上或下鄰近層煤的密度，t/m3；L為開采層回采工作面的長(zhǎng)度，m；V為回采工作面的推進(jìn)速度，m/d；X0為卸壓層的原始瓦斯含量，m3/t；X1為卸壓后煤層的殘余瓦斯含量，m3/t。

3 瓦斯綜合治理方案

3.1 均壓通風(fēng)方案設(shè)計(jì)

根據(jù)工作面瓦斯涌出情況，主要來源于上分層積聚瓦斯及本煤層采空區(qū)瓦斯涌出，設(shè)計(jì)采用局部通風(fēng)機(jī)及調(diào)節(jié)風(fēng)窗聯(lián)合均壓通風(fēng)方案，設(shè)計(jì)在進(jìn)風(fēng)巷道內(nèi)安設(shè)局部通風(fēng)機(jī)，在回風(fēng)巷道安設(shè)調(diào)節(jié)風(fēng)窗，并配合使用密閉墻及風(fēng)門，局部通風(fēng)機(jī)主要作用是提高工作面進(jìn)風(fēng)巷風(fēng)壓，局部通風(fēng)機(jī)與調(diào)節(jié)風(fēng)窗之間的區(qū)域即為升壓區(qū)，通過該區(qū)域的升壓來調(diào)節(jié)風(fēng)壓平衡；調(diào)節(jié)風(fēng)窗通過調(diào)整過風(fēng)口的大小，控制升壓區(qū)風(fēng)壓大小，過風(fēng)口調(diào)得越大，風(fēng)壓越小，反之，風(fēng)壓越大。通過調(diào)整風(fēng)壓，可降低通風(fēng)向采空區(qū)內(nèi)漏風(fēng)，防止風(fēng)流將采空區(qū)內(nèi)瓦斯攜出，造成工作面上隅角等區(qū)域瓦斯超限。設(shè)計(jì)的均壓通風(fēng)方案示意圖如圖1、圖2所示。

圖1 進(jìn)風(fēng)巷均壓系統(tǒng)布置示意圖

3.2 埋管抽放瓦斯方案及實(shí)施

為了配合均壓通風(fēng)方案的具體實(shí)施，還需采取瓦斯抽放措施對(duì)工作面采空區(qū)內(nèi)的瓦斯進(jìn)行抽放，設(shè)計(jì)在1001工作面回風(fēng)巷道入口處安設(shè)一臺(tái)移動(dòng)瓦斯抽放泵，然后自抽放泵起，在1001工作面回風(fēng)巷道內(nèi)安設(shè)一道瓦斯抽放管路，瓦斯抽放管路的開口端埋設(shè)于工作面采空區(qū)內(nèi)，其相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)為：瓦斯抽放鋼管為Φ400 mm×3000 mm，每?jī)筛摴馨苍O(shè)一組抽放三通口，用于抽放采空區(qū)瓦斯。在巷道內(nèi)，對(duì)抽放管路進(jìn)行吊掛，吊掛于巷道非回采側(cè)的頂角處，管道外側(cè)距幫部、頂部距離均為200 mm。當(dāng)管道上的其中一個(gè)抽放三通口進(jìn)入采空區(qū)后，打開三通口上的密封板，對(duì)采空區(qū)瓦斯進(jìn)行抽放，進(jìn)入采空區(qū)內(nèi)的三通口均保持開口狀態(tài)，持續(xù)對(duì)瓦斯進(jìn)行抽排。瓦斯抽放泵接一路排氣管，直徑為400 mm，將抽出的瓦斯排出至地面進(jìn)行處理或者綜合利用。

圖2 回風(fēng)巷均壓系統(tǒng)布置示意圖

4 瓦斯綜合治理效果分析

通過設(shè)計(jì)的均壓通風(fēng)方案，在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際生產(chǎn)過程中將工作面局部通風(fēng)機(jī)的配合進(jìn)風(fēng)量控制在595 m3/min，調(diào)節(jié)風(fēng)窗的最大過風(fēng)口面積設(shè)計(jì)為0.55 m2，實(shí)際使用過程中調(diào)節(jié)至0.23 m2，可將工作面風(fēng)壓提高450～500 Pa，可控制整個(gè)通風(fēng)系統(tǒng)的風(fēng)壓達(dá)到平衡。通過采取的局部通風(fēng)機(jī)及調(diào)節(jié)風(fēng)窗聯(lián)合均壓通風(fēng)方案及瓦斯抽放方案的實(shí)施，增大工作面進(jìn)風(fēng)量，減少采空區(qū)漏風(fēng)，取得了顯著的效果：工作面平均瓦斯?jié)舛炔怀^0.45%，上隅角的瓦斯?jié)舛瓤刂圃?.6%以內(nèi)，回風(fēng)巷的瓦斯?jié)舛瓤刂圃?.6%以內(nèi)，具體控制效果如圖3所示。1001工作面瓦斯得到有效控制，實(shí)現(xiàn)了安全生產(chǎn)。

圖3 抽放前后瓦斯?jié)舛葘?duì)比曲線圖

5 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)近距離下層煤開采時(shí)面臨的瓦斯治理難題，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)具體生產(chǎn)條件及通風(fēng)條件，設(shè)計(jì)并實(shí)施了局部通風(fēng)機(jī)及調(diào)節(jié)風(fēng)窗聯(lián)合均壓通風(fēng)方案及瓦斯抽放方案的實(shí)施，工作面平均瓦斯?jié)舛炔怀^0.45%，上隅角的瓦斯?jié)舛瓤刂圃?.6%以內(nèi)，回風(fēng)巷的瓦斯?jié)舛瓤刂圃?.6%以內(nèi)，本工作回采過程中瓦斯超限問題得到有效治理，瓦斯威脅得到有效治理，有利于礦井的安全生產(chǎn)。