瓦斯涌出與通風(fēng)方式的關(guān)系研究

萬傳明

河南省登封市鄭州煤電股份有限公司告成煤礦通風(fēng)管理科， 河南登封 452477

1 井下瓦斯涌出的規(guī)律、特點(diǎn)及危害

瓦斯是一種無色、無味、無臭的氣體，在成煤的同時(shí)，由于物理以及化學(xué)作用的影響，會(huì)使煤層當(dāng)中生成瓦斯，這部分瓦斯則會(huì)伴隨著煤層開采釋放出來。

1.1 瓦斯涌出的規(guī)律與特點(diǎn)

煤礦井下巷道當(dāng)中存在著大量的瓦斯涌出源，巷道中的風(fēng)流能夠使瓦斯從涌出地點(diǎn)逐步向其它地方轉(zhuǎn)移和擴(kuò)散，瓦斯涌出量的變化會(huì)對井下通風(fēng)系統(tǒng)中不同巷道的瓦斯流量造成一定程度的影響，鑒于此，對瓦斯涌出規(guī)律的研究成為煤礦井下巷道瓦斯危險(xiǎn)性分析的基礎(chǔ)。通常情況下，如果地質(zhì)構(gòu)造受到比較嚴(yán)重的破壞時(shí)，或者是含有大量瓦斯的煤層被揭露，都有可能產(chǎn)生瓦斯涌出現(xiàn)象，在礦井中最容易出現(xiàn)瓦斯涌出的地方有掘進(jìn)煤巷、采掘工作面、采空區(qū)以及鄰近解放層等等。

當(dāng)混有瓦斯的風(fēng)流在井下通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)中流動(dòng)時(shí)，其每經(jīng)過一處分支節(jié)點(diǎn)，便會(huì)出現(xiàn)不同類型的風(fēng)流混合，這部分混合之后且含有不同類型瓦斯的風(fēng)流將會(huì)被分流至其它巷道當(dāng)中。因?yàn)榈V井巷道內(nèi)的風(fēng)流流動(dòng)具有一定的方向性，故此，瓦斯也會(huì)在一定的網(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi)進(jìn)行傳播和擴(kuò)散，在這一范圍內(nèi)的每條分支當(dāng)中，瓦斯的變化情況都是不確定的，究其根本原因有兩點(diǎn)，一方面是受到井下進(jìn)風(fēng)流源頭瓦斯變化規(guī)律的影響，另一方面則是受到傳播過程中通風(fēng)方式的影響。

1.2 瓦斯涌出的危害分析

1）瓦斯窒息

在遭遇礦井瓦斯大量涌出、通風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行失控、作業(yè)人員誤入未及時(shí)封閉停風(fēng)的巷道、瓦斯積聚未采取有效應(yīng)對措施等情況時(shí)，均會(huì)使作業(yè)人員面臨缺氧窒息而亡的威脅。

2）瓦斯燃燒

在生產(chǎn)過程中，極易因煤層瓦斯含量較高而造成瓦斯大量涌出，若不及時(shí)進(jìn)行通風(fēng)處理，將高濃度瓦斯稀釋排除，就會(huì)致使瓦斯積聚在局部地點(diǎn)，一旦接近火源便會(huì)引發(fā)瓦斯燃燒，形成火災(zāi)，在火災(zāi)得不到有效控制的狀況下造成瓦斯爆炸。

3）瓦斯爆炸

瓦斯積聚達(dá)到爆炸極限濃度、充足的氧氣以及引爆火源是引發(fā)瓦斯爆炸的關(guān)鍵條件。其中，引爆火源的形式較多，如摩擦火花、電氣火花、爆破火焰等均可以成為引爆火源，而在煤礦作業(yè)中難以做到完全杜絕這些火花的產(chǎn)生。在井下局部瓦斯積聚達(dá)到爆炸極限濃度時(shí)，一旦接觸引爆火源就極有可能導(dǎo)致局部瓦斯爆炸，進(jìn)而引發(fā)瓦斯連鎖爆炸，造成生命財(cái)產(chǎn)的重大損失。

2 瓦斯涌出與通風(fēng)方式的關(guān)系

在煤礦井下，通風(fēng)方式與瓦斯涌出的關(guān)系最為密切，下面本文重點(diǎn)對此進(jìn)行研究。

2.1 通風(fēng)系統(tǒng)的常見類型

礦井長臂采掘工作面的通風(fēng)系統(tǒng)大體上可分為以下幾種類型：

1）一進(jìn)一回型

在井下長臂采掘工作面中，由于推進(jìn)方向以及進(jìn)、回風(fēng)平巷的相對位置均不相同，為此，又可以將一進(jìn)一回式通風(fēng)系統(tǒng)分為以下四種類型：其一，后退式U 型。這種類型的通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)、回風(fēng)巷全部都位于煤層巖體當(dāng)中，故此巷道當(dāng)中漏出的風(fēng)非常微小，但是，因?yàn)樯嫌缃鞘遣煽諈^(qū)漏風(fēng)流匯聚的地方，從而很容易導(dǎo)致漏出風(fēng)流攜帶著采空區(qū)的瓦斯在上隅角位置處積聚；其二，后退式Z 型。此類通風(fēng)系統(tǒng)要提前在煤體內(nèi)掘出進(jìn)風(fēng)巷，使回風(fēng)巷隨著回采工作面的不斷推進(jìn)而逐步形成。由于采空區(qū)漏風(fēng)攜帶的瓦斯不會(huì)向工作面流動(dòng)，而是向回風(fēng)巷流動(dòng)，從而可有效避免工作面上隅角的瓦斯積聚；其三，前進(jìn)式U 型。這種類型的通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)風(fēng)平巷的一側(cè)為煤層巖體，另一側(cè)是采空區(qū)，而回風(fēng)平巷則有可能兩側(cè)全部都是采空區(qū)，故此，該通風(fēng)系統(tǒng)僅適用于薄煤層或是中厚煤層；其四，前進(jìn)式Z 型。此類通風(fēng)系統(tǒng)要提前在煤體內(nèi)掘出回風(fēng)巷，使進(jìn)風(fēng)巷隨著回采工作面的不斷推進(jìn)而逐步形成。由于采空區(qū)漏風(fēng)攜帶的瓦斯會(huì)向工作面流動(dòng)，造成局部地點(diǎn)瓦斯積聚超限，所以對于瓦斯涌出量大的作業(yè)區(qū)域而言，不能采用這種通風(fēng)系統(tǒng)。

2）兩進(jìn)一回型

兩進(jìn)一回的通風(fēng)系統(tǒng)又分為Y 型和W 型兩種。其一，Y 型。這種類型的通風(fēng)系統(tǒng)是在后退式Z 型的基礎(chǔ)上演變而來的，具體而言，就是在采掘工作面的上端加一條風(fēng)巷，它的特點(diǎn)是能夠使采掘工作面回風(fēng)巷的風(fēng)量進(jìn)一步增大，常被應(yīng)用于高瓦斯煤層當(dāng)中；其二，W 型。此類通風(fēng)系統(tǒng)適用于長工作面或是雙工作面。

3）兩進(jìn)兩回及三進(jìn)一回H 型

該通風(fēng)系統(tǒng)主要適用于瓦斯涌出量大、通風(fēng)斷面大的工作面，在通風(fēng)作用下，可使采空區(qū)大部分瓦斯流向回風(fēng)平巷。由于回風(fēng)平巷兩側(cè)均與采空區(qū)相鄰，所以必須做好支護(hù)，采取有效的防漏風(fēng)控制措施。

2.2 瓦斯涌出與通風(fēng)系統(tǒng)類型的關(guān)系

為了便于本文研究，下面以某煤礦的xx 采掘工作面為例，對瓦斯涌出與通風(fēng)系統(tǒng)類型的關(guān)系進(jìn)行分析。該煤礦的xx 采掘工作面日產(chǎn)量約為2.5 萬噸，屬于非常典型的高產(chǎn)高效工作面，在這一工作面的瓦斯涌出量較大，常常會(huì)導(dǎo)致上隅角以及回風(fēng)巷瓦斯超限的情況發(fā)生。該工作面瓦斯的主要來源為采空區(qū)，原本采用的通風(fēng)方式為兩進(jìn)一回Y 型通風(fēng)系統(tǒng)，為了進(jìn)一步解決瓦斯涌出問題，決定設(shè)置一段尾巷，使之形成三進(jìn)一回的通風(fēng)方式。經(jīng)過改進(jìn)之后，該工作面回風(fēng)流中的瓦斯體積分?jǐn)?shù)降低至0.5%以下，瓦斯涌出問題得以解決。由此可見，在瓦斯涌出嚴(yán)重的井下巷道內(nèi)，可以采取改變通風(fēng)方式的措施來解決瓦斯涌出問題，經(jīng)驗(yàn)證這種方法具有較高的可行性。

3 結(jié)論

總而言之，煤礦井下瓦斯涌出是威脅安全礦井安全開采的首要因素之一，采掘工作面的通風(fēng)方式則是治理瓦斯的關(guān)鍵之所在。為此，各大煤礦應(yīng)當(dāng)確保井下通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)科學(xué)、正規(guī)、合理，只有這樣才能使瓦斯涌出問題從根本上獲得解決，也才能進(jìn)一步確保礦井安全、高效生產(chǎn)，這對于促進(jìn)我國煤礦行業(yè)的發(fā)展具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。

[1]徐小馬.李雅莊.煤礦瓦斯涌出量預(yù)測及瓦斯涌出影響因素的研究[D].太原理工大學(xué)，2010(7).

[2]趙鐵橋.唐雪梅.孫玉琪.安全監(jiān)控系統(tǒng)在煤礦采掘工作面瓦斯涌出不均衡系數(shù)研究中的應(yīng)用[J].湖南安全與防災(zāi)，2013(3).

[3]孫寧.煤礦井下通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)平臺的研究與實(shí)現(xiàn)[D].哈爾濱工程大學(xué)，2008(2).