論瓦斯區域防突策略在煤礦安全生產中的應用

王新坤

（中國平煤神馬集團平煤股份十三礦，河南 平頂山 467099）

論瓦斯區域防突策略在煤礦安全生產中的應用

王新坤

（中國平煤神馬集團平煤股份十三礦，河南 平頂山 467099）

在煤礦生產中，瓦斯突出是一種常見的災害性事故，處置不當就會給礦山的安全生產和礦工的生命財產帶來嚴重威脅。本文以瓦斯區域防突策略為基點，重點介紹防止局部瓦斯突出的區域性防范措施，經實踐檢驗，在瓦斯區域性防突治理中具有很好的應用效果。

瓦斯區域防突；煤層；安全生產

由于煤礦井下地質條件的復雜性，礦井開采方式極易受到瓦斯、煤塵、高壓、高溫等因素的影響，在這些眾多的影響因素中，瓦斯突出是其中最主要的一項［1］。

瓦斯突出是由于一系列地質動力現象造成的，一般有兩種常見的類型：一是在礦井的壓力作用下，大量聚集的瓦斯氣和破碎的煤粉由煤體向掘進空間大量噴出；二是瓦斯氣體直接噴出。大型煤礦的瓦斯突出可逆風運行數千米，影響十分廣泛。瓦斯氣體噴出的巨大沖擊力會對煤炭開采產生嚴重影響，會使礦井作業設備受到極大破壞，嚴重時還會造成井下礦工人員的傷亡。所以，如何有效地防止瓦斯突出一直是煤礦井下安全生產的重中之重。

1 瓦斯運移規律

瓦斯在煤層中的運動包括擴散、滲流兩種形式，在致密煤炭結構中的運動方式為擴散運動，符合Fick（菲克）擴散定律；進入煤層間后就以滲流方式運動，符合Darcy（達西）滲透定律。

煤體中的瓦斯通常是以吸附和游離兩種狀態存在，在未開采的煤層中，外界的各項條件保持恒定，兩種狀態的分子處于動態的交換平衡，穩定地存在于煤層中，但在煤炭的深井開采過程中，采掘、鉆孔等活動會使煤層的各項條件發生變化，會使原來的動態平衡遭到破壞，導致瓦斯發生泄漏、噴出，給煤礦安全生產帶來嚴重的不利影響。

瓦斯的流動過程分為解吸、擴散、流動3種，外界條件改變，壓力下降，瓦斯從煤體的微裂縫隙表面解吸下來進入氣體中，煤體的微裂縫隙擴張相互貫通，進一步形成通道，根據菲克定律，由于濃度差，瓦斯分子會利用這些通道擴散進入大的孔隙，在大的縫隙中，瓦斯以達西流的方式流動。

2 煤礦局部抽采瓦斯防突機理

瓦斯突出的發展過程主要包括準備階段、激發階段、發展階段和終止階段，煤礦生產中防突技術的主要目標就是要減小地應力、瓦斯壓力和瓦斯含量3種因素的作用。

鉆孔抽放技術在實際生產中的應用十分廣泛，區域預抽煤層瓦斯增大了煤體本身的強度和透氣系數，從而使煤體的應力降低，隨著煤體應力降低，煤層瓦斯含量也會相應減少，瓦斯突出的現象因而可以得到防范。

2.1 煤體中瓦斯含量和壓力降低

煤礦中的瓦斯以游離和吸附兩種形式存在于煤層中，在抽放煤層瓦斯的初始階段，游離態的瓦斯容易抽取，這一階段抽采效果明顯，瓦斯的含量和壓力會明顯下降。在對瓦斯抽采一段時間以后，鉆孔所在區域周圍游離態的瓦斯就會被大量抽走，但吸附態的瓦斯卻不容易被抽取出，煤層中瓦斯含量的下降速度開始減小。在瓦斯含量和壓力不斷減小的過程中，煤體的強度會逐漸增強，煤體的各項物理性能由此可以得到改善。

2.2 提高煤層透氣性

鉆孔抽放煤層中的瓦斯氣可以增大煤層透氣性，原因主要有以下兩點：一是由于煤層鉆孔后會在鉆孔周圍形成局部卸壓區，煤層地應力會有一定程度的下降，煤體內的縫隙逐漸發展變化，使煤層透氣性增大；二是由于瓦斯總量不斷減少，瓦斯壓力下降，煤體內孔隙收縮，煤體的形狀會發生收縮變形，煤層的透氣性增強，這就使鉆孔抽放瓦斯的整體范圍得到擴大，所以抽放瓦斯的流量和抽放的總量也隨之增大。

3 煤礦安全生產瓦斯區域防突措施

區域防突策略的宗旨在于解決在煤層開采過程中存在的大面積的瓦斯突出危險，包括開采煤層的保護、鉆孔預抽和煤層注水等一系列措施。由于煤層中的瓦斯壓力和地應力對瓦斯突出的影響十分大，是瓦斯突出的根源所在，在瓦斯含量和壓力達到一定數值后，煤層和周圍的巖石會受到來自瓦斯的壓力而發生崩塌危險，受力被拋出，這就給采掘過程和礦工的人身安全造成威脅。所以，在煤礦生產中，要通過減小煤層中瓦斯的壓力和地應力的方式來防止瓦斯突出，達到安全生產的要求。比如，通過卸除部分在開采過程中煤層或采掘工作面前方的煤體應力，或將采掘工作面前方的煤體應力推移到深部煤體，使工作區域的各項指標達到正常。除此之外，還應該對煤層或采掘工作面前方的煤層進行抽放，使煤層瓦斯含量降低在安全范圍內。

從目前的應用情況來看，預抽煤層瓦斯是煤礦安全生產中的主要區域性防突措施，如前文所述，包括井下布孔抽放瓦斯、地面直接實施鉆孔預抽煤層瓦斯兩種方式。在具體的煤炭開采作業過程在，可單獨使用一項技術，也可將兩項技術共同運用到實際的生產實踐中。

3.1 地面直接實施鉆孔預抽煤層瓦斯

地面直接實施鉆孔預抽煤層瓦斯，即在地面直接向開采煤層進行打孔抽放瓦斯，這一方式的起源比較早，在20世紀80年代末，我國已有礦區進行地面直接實施鉆孔預抽煤層瓦斯的實驗。近年來，我國相關領域的專家和學者對地面直接實施鉆孔預抽煤層瓦斯的研究也越來越多，目前來看具有較好的應用效果。

3.2 井下布孔抽放煤層瓦斯

井下布孔抽放煤層瓦斯，主要的抽放方式有穿層鉆孔與順層鉆孔兩種。穿層鉆孔具體是將鉆場布置在底板巖石巷道或臨近煤層巷道中，然后通過布置好的鉆場向待抽放的所在煤層打鉆。順層鉆孔則是從巷道向煤層打孔抽取瓦斯，在實際的煤礦生產中，可用于石門見煤處、煤巷和回采工作面等方面，具有較好的應用效果。鑒于煤礦井下地質結構的復雜性，不同的區域應采取不同的抽放方式。

3.2.1 井下穿層鉆孔或順層鉆孔預抽區段煤層瓦斯。該方案是井下布孔抽放瓦斯方案中的第一選擇，在目前的煤礦生產中應用十分廣泛。該方案主要適合在煤巷掘進前或石門揭煤前使用，可以有效降低相關區段的煤層瓦斯含量和壓力，且按該方案的經驗記錄，規律復合較好，生產使用價值較高。

3.2.2 穿層鉆孔預抽煤巷條帶煤層瓦斯。該方案為井下布孔抽放瓦斯的第二方案，在應用選擇上僅次于上述的第一方案。在實際的生產應用中，主要適合煤巷掘進前涉及的煤巷范圍為條帶煤層的瓦斯抽放，其對煤層的形狀具有一定的特殊要求。相同之處是，該方案的原理同樣是降低煤層中的瓦斯含量，進而降低煤層的瓦斯壓力，防止瓦斯突出的現象產生。

3.2.3 順層鉆孔或穿層鉆孔預抽回采區域煤層瓦斯。該方案適合在回采工作面完成后的上下順槽和切眼內布置鉆場，向未開采的煤層進行打孔，排放瓦斯。該方案同樣是井下預抽瓦斯的第二方案，在煤礦生產中的應用主要適合在采面回采前，對未開采的煤層進行瓦斯抽放，防突原理與前面提及方案相同，都是消除生產區段范圍瓦斯突出的危險。

3.2.4 順層鉆孔預抽煤巷條帶煤層瓦斯。當實際的煤礦生產作業條件不符合穿層鉆孔的各項指標時，該方案是保證正常的安全生產，防止工作面前方以及涉及范圍內瓦斯突出事故發生的常見方案。該方案相較于前3種方案，使用條件比較特殊。該方案主要使用在煤礦生產的采掘前，對未開采的煤層和工作面前方條帶范圍進行瓦斯抽放，使煤層的瓦斯含量和壓力下降，從而防止瓦斯突出現象的發生，保證煤礦安全生產。

4 結語

雖然當前我國煤礦企業正面臨著供給側結構性改革所帶來的去產能、去庫存等壓力，但煤炭作為支持我國經濟發展的主要能源在未來仍然會有巨大的需求量，因此研究煤礦區域性瓦斯防突策略有其現實意義。

［1］李希建，林柏泉.煤與瓦斯突出機理研究現狀及分析［J］.煤田地質與勘探，2010（1）：7-13.

Application of Outburst Prevention Strategy of Gas Area in Coal Mine Safety Production

Wang Xinkun
（China Pingmei Shenma Group Coal Mine No.Thirteen，Pingdingshan Henan 467099）

In the coal mine production,gas outburst is a common disastrous accident.Improper disposal will bring serious threat to the safety production and the life and property of the miners.Based on the dis?cussion of outburst prevention strategy in gas area,this paper introduced the regional prevention measures to prevent partial gas outburst,and has good application effect in gas outburst prevention treatment by practice.

gas area outburst prevention；coal seam；safety production

TD712.55

A

1003-5168（2017）12-0070-02

2017-11-03

王新坤（1977-），男，本科，工程師，研究方向：煤礦井下防突與掘進。