李彥鵬

(山西長平煤業(yè)有限責任公司，山西　高平　048400)

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高瓦斯礦井瓦斯綜合治理技術(shù)研究

李彥鵬

(山西長平煤業(yè)有限責任公司，山西高平048400)

摘要針對高瓦斯礦井瓦斯涌出量高、治理難度大的實際情況，長平礦在礦井瓦斯治理領(lǐng)域逐漸形成了“優(yōu)系統(tǒng)、強抽放、細管理和嚴問責”的“四項原則”，系統(tǒng)地從瓦斯的防范、預測及治理等方面進行管理，通過減小巷道通風阻力，運用邊采邊抽、遞進式模塊預抽、采空區(qū)抽放及地面鉆井抽放等一系列綜合措施，提高礦井瓦斯抽放率，運用“三進一回”的通風方式，有效遏制了礦井瓦斯事故的發(fā)生，控制了礦井的瓦斯超限，保證了安全條件下的高產(chǎn)高效。

關(guān)鍵詞四項原則；瓦斯抽放；通風方式；治理效果

長平礦隨著礦井開采區(qū)域向西不斷延伸，礦井瓦斯涌出量逐年增加，嚴重威脅礦井安全并制約生產(chǎn)的發(fā)展。為了能夠采取有效措施遏制瓦斯事故的發(fā)生，長平礦積極探索適合長平礦特點的瓦斯治理技術(shù)，初步形成了“優(yōu)系統(tǒng)、強抽放、細管理、嚴問責”的礦井通風瓦斯治理和管理體系，為礦井安全發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

1瓦斯治理“四項原則”的建立

長平礦經(jīng)過改擴建后，生產(chǎn)能力達到500萬t/a，生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴大導致作業(yè)地點增多，井田內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造復雜?；夭擅婕熬蜻M面通風系統(tǒng)調(diào)整頻繁，導致礦井通風系統(tǒng)日益復雜，給礦井通風及瓦斯治理造成安全隱患。近些年來，工作面出現(xiàn)瓦斯異常7次，給礦井瓦斯治理帶來了很大壓力。

根據(jù)礦井瓦斯涌出量預測結(jié)果，在礦井瓦斯涌出構(gòu)成中，80%以上瓦斯涌出源自礦井的綜采工作面，尤其是綜采放頂煤工作面生產(chǎn)效率高，煤炭產(chǎn)量大，瓦斯涌出量更大，治理難度更高，加之采空區(qū)遺留煤嚴重，采空區(qū)瓦斯涌出也嚴重制約了回采工作面進尺、產(chǎn)量和瓦斯治理，如何采取有效措施防治瓦斯涌出量大的問題一直是礦井安全生產(chǎn)工作的重點之一。因此，為了解決工作面瓦斯問題，緩解礦井采掘銜接部署緊張局面，長平礦采取了“優(yōu)系統(tǒng)、強抽放、細管理、平問責”的“四項原則”瓦斯綜合治理技術(shù)，確保了安全條件下采煤工作面的高產(chǎn)高效。

2優(yōu)化通風系統(tǒng)，減小通風阻力

2005年1月，為解決四盤區(qū)延伸和準備工程用風問題，根據(jù)通風仿真系統(tǒng)進行了仿真模擬，對主扇性能進行測定，調(diào)整了主扇運行角度，風量達到20 445 m3/min左右?，F(xiàn)礦井共有3個回風井、5個進風井，礦井通風能力得到極大提升，供風量充足，為解決礦井日益增大的瓦斯涌出量奠定了基礎(chǔ)。

在增大礦井供風量的同時，為了能進一步減小通風阻力，采取了一些措施：1) 增大巷道的斷面積。2) 減小巷道周長。3) 減小巷道的通風長度。4) 降低摩擦阻力系數(shù)，選擇摩擦阻力系數(shù)小的支護方式。5) 避免風量過于集中等。

3強化抽放措施，提高瓦斯抽放率

抽放瓦斯是防治瓦斯災害的有效措施，是解決和治理礦井瓦斯的重要途徑，礦井瓦斯的抽放效果直接關(guān)系到治理瓦斯的成敗，經(jīng)過多年的研究及實踐表明，長平礦已逐步形成了地面鉆井抽放、遞進式及邁步式模塊抽放、工作面順層密集孔抽放及采空區(qū)高位鉆長抽放的立體式抽放模式，經(jīng)過幾年來努力，長平礦瓦斯抽放模式已逐步成熟[1-2].

1) 地面鉆井抽放。

地面鉆井的主要作用是抽采采動穩(wěn)定區(qū)內(nèi)積聚瓦斯，在地層受到采動影響后，針對采動區(qū)域殘余的煤及其圍巖中儲集的氣體而施工的煤層瓦斯抽采鉆孔。工作面回采期間，從開切眼開始，隨著工作面的推進，采動裂隙不斷發(fā)展，采空區(qū)中部采動裂隙最發(fā)育，當采動面積達到一定值后，位于采空區(qū)中部的采動裂隙趨于壓實，而在采空區(qū)四周存在一連通的采動裂隙發(fā)育區(qū)，稱為采動裂隙“O”型圈。根據(jù)卸壓瓦斯抽放“O”理論，參考兩淮和陽泉煤集團實踐經(jīng)驗，該礦采動區(qū)鉆孔布置在距工作面巷道30～70 m的范圍內(nèi)，4308工作面上覆地層施工的地面鉆井參數(shù)見圖1[3-5].

圖1　抽采鉆井參數(shù)圖

自2008年開始，在長平礦井田內(nèi)分3期共施工270口地面抽采鉆井。其中一期、二期工程結(jié)束，已施工地面鉆井145口，產(chǎn)氣量平均達到4 775 m3/d，鉆孔抽采瓦斯效果可觀。目前，長平礦共有1座永久瓦斯抽采泵站，共安裝6臺CBF810-12水環(huán)式真空泵，單臺泵抽采混合氣體流量為800 m3/min，其中4臺用于本煤層抽采，2臺用于采空區(qū)抽采。泵站抽采瓦斯情況見表1.

由于長平礦只有部分區(qū)域進入高瓦斯區(qū)域，隨著礦井向西北部轉(zhuǎn)移，礦井將全面進入高瓦斯區(qū)域，礦井的抽采量將大幅度提高。

2) 遞進式及邁步式模塊抽放。

表1礦井泵站抽采瓦斯情況表

遞進式模塊抽放和邁步式模塊抽放為解決回采期間瓦斯?jié)舛瘸薜淖钣行Т胧?，該措施在施行抽放期間，既能有效地降低回風巷瓦斯?jié)舛瘸?，又能掩護掘進工作面快速掘進，提高掘進進尺，但該措施需要在掘進及回采期間持續(xù)進行，抽放時間較長，同時也要求在鉆孔施工過程中，為了能達到較好的抽放效果，需提高鉆孔的單孔深度，具備較好的鉆孔封孔效果[6-8].

結(jié)合長平礦已推廣應(yīng)用的“三進一回”通風方式，確立了實施遞進式模塊抽放的方法，即在采面順槽巷道掘進期間，向相鄰采面布置區(qū)域施工長鉆孔，進行長時間(2年以上)抽放。待煤層瓦斯含量降至安全范圍后(<8 m3/t)，再在抽放的有效區(qū)域內(nèi)布置工作面進行回采。該方法為巷道快速掘進和工作面安全回采創(chuàng)造了條件，并在此基礎(chǔ)上實現(xiàn)了回采面預抽模塊的循環(huán)、遞進式推進，回采煤量和抽放煤量的良性接替[9-10]。遞進式模塊抽放圖見圖2.

圖2　遞進式模塊抽放圖

3) 工作面順層密集孔抽放。

工作面順層密集鉆孔抽放是解決工作面瓦斯含量高，回風巷瓦斯?jié)舛却蟮挠行緩?，具體的施工措施是：在工作面切眼聯(lián)絡(luò)巷處垂直煤壁向前方煤體施工直徑75～100 mm、孔深40～80 m的順層平行鉆孔，每打成1個鉆孔，快速進行封孔，孔間距0.5～1 m，封孔結(jié)束后，聯(lián)網(wǎng)進行24 h不間斷抽放，現(xiàn)場的抽放鉆孔布置示意圖見圖3.

圖3　工作面順層密集孔抽放圖

4) 采空區(qū)瓦斯抽放。

4314工作面瓦斯含量最大5.9 m3/t，但長平礦為了有效預防該工作面采空區(qū)瓦斯異常涌出，在工作面2條順槽43142巷、43141巷之間的8#聯(lián)絡(luò)巷鉆場硐室施工了4個頂板高位定向鉆孔，單孔長度不少于500 m，鉆孔施工參數(shù)見表2.

表2　頂板高位長鉆孔施工參數(shù)表

頂板定向高位鉆孔平面與剖面布置圖見圖4，圖5.

圖4　頂板定向高位鉆孔布置圖

圖5　頂板定向高位鉆孔剖面圖

由圖4，5可以看出，4個高位鉆孔都布置在工作面上方采空區(qū)裂隙帶位置，雖工作面瓦斯相對較低，但經(jīng)過現(xiàn)場實測，單孔最高瓦斯?jié)舛冗_到了82%，4個鉆孔的平均瓦斯抽采純量達到26 m3/min，上隅角瓦斯?jié)舛仁冀K保持在0.2%，有效解決了工作面瓦斯異常涌出導致瓦斯報警或超限事故的發(fā)生。

4精細化管理，達到全礦齊抓共管

為了使所采用的措施得到貫徹和執(zhí)行，長平礦采取了一系列精細化管理措施:

1) 結(jié)合集團公司實際，制定了《長平礦瓦斯地質(zhì)預測預報管理規(guī)定》，建立了瓦斯地質(zhì)預測預報例會制度及采掘工作面瓦斯超限、瓦斯突出預警機制(《長平礦采掘工作面瓦斯超限、瓦斯突出預警管理辦法(試行)》)。

2) 開展礦井“一通三防”系統(tǒng)評價，提升通風瓦斯管理水平。

3) 制定嚴格問責制度，提高職工瓦斯防范意識。把瓦斯超限事故分為幾個層次，其中一般事故為瓦斯?jié)舛冗_到或超過《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定的；較大事故為瓦斯?jié)舛冗_到3%～5%；重大事故為瓦斯?jié)舛却笥?%的。

5結(jié)論

自2014年在全礦井應(yīng)用“四項原則”措施后，礦井的瓦斯抽采率及瓦斯超限次數(shù)明顯減少，礦井瓦斯抽采率比2012年提高了12.4%，瓦斯超限次數(shù)比2011年減少了36.3%.可見，應(yīng)用瓦斯治理的“四項原則”后，礦井的瓦斯抽采指標得到明顯提升，在抽放效果明顯的前提下，通風壓力減小。為了能夠從源頭上遏制瓦斯事故的發(fā)生，必須嚴格貫徹瓦斯治理原則，從根本上保障礦井安全生產(chǎn)。

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·技術(shù)經(jīng)驗·

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Research on Comprehensive Treatment

Technology of Gas in High Gas Mine

LI Yanpeng

AbstractAccording to the practical situation of high gas emission and difficult treatment in high gas mine, four principles of optimum system, strong drainage, meticulous management and strict accountability are gradually formed on gas treatment in Changping coal mine, systematically manages the gas from prevention, prediction and treatment and so on. By reducing roadway ventilation resistance, adopts a series of comprehensive measures such as draining while mining, progressive type module pre-drainage, goaf drainage and surface drilling drainage, improves mine gas drainage rate, utilizes the ventilation method of three intake airflow roadways and one return airway, effectively restrains the mine gas accident, controls the mine gas limitation, ensures high yield and high efficiency under the safety condition.

Key wordsFour principles; Gas drainage; Ventilation type; Governance effect

中圖分類號：TD713

文獻標識碼：B

文章編號：1672-0652(2015)05-0032-03

作者簡介：李彥鵬(1985—)，男，山西沁水人，2007年畢業(yè)于山西煤炭職業(yè)技術(shù)學院，助理工程師，主要從事礦井通風及瓦斯管理工作

收稿日期：2015-03-17