掘進工作面瓦斯治理技術現狀及治理措施研究

劉峰

（晉煤集團寺河礦，山西晉城048205）

1 掘進工作面瓦斯事故原因

1.1 采掘深度與開采強度不斷增大

隨著我國煤礦科技的發展，煤礦開采的機械化水平越來越高，綜合機械化掘進已成為很多礦井主要采用的掘進方式。該掘進方式掘進強度大、掘進速度快、工作面落煤、裝煤以及運煤連續性強，這樣工作面易涌出大量瓦斯，瓦斯災害事故也會越來越嚴重。同時，隨著煤礦埋深的增大，煤層瓦斯含量也會增多。在礦井向深部開采發展的過程中，煤層壓力也會越來越大，使得有效防治煤與瓦斯突出問題也會越來越難[1]。

1.2 集約化開采程度越來越高

近年來，在煤礦開采強度及開采規模不斷增大的同時，煤礦開采的機械化、集約化水平也越來越高。一些煤礦企業為獲得更高的回采率，正在不斷增大采區走向長度。掘進巷道內煤壁暴露面積越來越大，掘進作業中遇到的復雜問題也越來越多，工作面涌出瓦斯量不斷增多，非常容易造成瓦斯超限，引發瓦斯爆炸事故。

1.3 瓦斯治理技術及通風設備跟不上

隨著礦井開采年限的增加，礦井煤炭資源量不斷減少，掘進巷道長度越來越長，巷道漏風量不斷增多，通風阻力不斷增大，這樣到達掘進工作面的實際有效風量會越來越少。要想使掘進工作面獲得更多的有效風量，需增大局部通風機的最大供風量[2]，但對于供風量的增加受很多技術條件以及多方面因素的限制，一些大功率通風機只適合在部分礦區運用，使得瓦斯治理更加艱難。

2 煤巷掘進工作面瓦斯治理措施

2.1 強化工作面預測作業

掘進工作面在實施采掘作業前，應先進行預測作業。在實際生產中，可把采掘工作面細分為突出危險工作面與無突出危險工作面。特別是采掘突出危險工作面前，應先進行相關預測并采取有效措施來防治突出危險。應先在充分了解工作面前方具體地質構造、所含瓦斯濃度與應力大小的情況下，采取相關措施如預抽瓦斯、進行松動爆破以及固化煤體等措施來防治突出危險。

2.2 增大供風量

裝設大功率通風機，借助充足的風量可有效稀釋掘進施工面瓦斯濃度，更好地保障安全生產。在巷道斷面面積大小變化不大時，通過裝設大功率通風機，可顯著增大掘進工作面通風量[3]。但受技術條件的限制，也無法無限增大通風機功率，再者基于技術經濟因素，掘進工作面最高風速也不宜過大，不能無限制一味地增大風量。

2.3 變單巷掘進為雙巷掘進

單巷掘進由于巷道距離過長，很難滿足通風需求，同時也不利于瓦斯的抽放。對此，可通過把單巷掘進科學、合理地改為雙巷掘進，在巷道掘進過程中，兩巷道各掘進一段距離后，在兩巷道間掘一個連通巷進行連通，可讓其中一個巷道來進風，讓另一個巷道進行回風，兩巷道通過連通巷連通。在掘成第二個連通巷后，隨之封閉第一個連通巷，由第二個連通巷來承擔第一連通巷的職能，這樣依次往前掘進施工，經實際應用，人們發現借助此種方法，可把掘進工作面瓦斯濃度顯著降低，能更好地防治各類瓦斯事故[4]。

2.4 抽放瓦斯

隨著人們對瓦斯抽放技術的長期探索研究，當前形成的采掘工作面瓦斯抽放技術種類越來越多，技術也越來越成熟，各類地質條件與巷道布置方式下的采掘工作面瓦斯抽放技術已較全面，并有相應的成套裝備與技術可供人們選用。

2.4.1 地面鉆井抽放

該種抽放方式主要用來對老采空區內積聚的瓦斯進行抽采。在工作面回采作業中，由開切眼起，隨工作面的不斷推進，形成的采動裂隙也會越來越大，其中位于采空區中部的采動裂隙通常發育最明顯，當采動面積足夠大后，采空區中部的采動裂隙會逐步壓實，這時通常在采空區四周會形成一連通的采動裂隙發育區，這也就是通常所說的采動裂隙“O”型圈。參照卸壓瓦斯抽放“O”理論，并結合實際工作經驗，通常應在距工作面巷道30～70 m之間布設采動區鉆孔，這樣可更好地抽放采空區瓦斯。

2.4.2 井下定向水平長鉆孔抽放

該方法屬于煤巷掘進前的一種預抽法，可大幅降低煤壁掘進時瓦斯涌出量，使掘進工作面瓦斯濃度變小，實現安全掘進[5]。其鉆孔布置方式如圖1所示。此外，為提高實際掘進速度，應在掩護抽放的情況下進行鉆孔，如應用千米鉆機可鉆出長鉆孔與拐彎鉆孔，使煤層裂隙更大，具有更好的透氣性，可進一步提高預抽煤層實際抽放效率，有助于巷道更高效、更快速的掘進。

圖1 井下定向水平長鉆孔抽放瓦斯示意圖

2.4.3 巷道抽放

圖2為典型的巷道抽放瓦斯布孔示意圖。巷道抽放法可對掘進工作面瓦斯超限問題以及煤與瓦斯突出問題進行有效防治，但這樣方法易造成瓦斯抽放工作與煤巷掘進工作彼此影響，易引發采掘平衡失調等問題，且采用巷道抽放法治理瓦斯只適合治理透氣性較好的煤層瓦斯。

圖2 井下巷道抽放瓦斯示意圖

2.4.4 平面扇形邊掘邊抽

圖3為該種方法抽放鉆孔布置示意圖。當前，國內很多高瓦斯礦井以及煤與瓦斯突出礦井應用邊掘邊抽方式來對瓦斯突出問題以及瓦斯超限問題進行防治[6]。

圖3 平面“扇形”邊倔邊抽瓦斯示意圖

應用邊掘邊抽瓦斯治理技術，可有效治理高瓦斯具有突出危險的煤層。這種瓦斯治理技術的主要優點可改善煤體內部物理力學性質，使掘進煤層時的突出危險顯著降低。可有效防治掘進工作面瓦斯超限問題，有利于更快速的掘進高突區域煤巷。有助于緩解突出礦井采掘關系失調現象，可進一步提高采掘經濟效益與安全效益。使巷道掘進時的絕對瓦斯涌出量減少，這樣可從根本上解決礦井瓦斯超限問題，使通風瓦斯管理更簡單，掘進巷道作業環境更良好。邊掘邊抽治理瓦斯技術的缺點主要為：在給巷幫鉆場進行鉆孔施工時，易引發局部瓦斯積聚現象。實際封孔質量要求相對較高。需進一步深入優化鉆孔與煤壁間參數。進行掘進作業時需掘鉆場較多，巷道掘進施工量顯著增大。對于平面扇形布孔，只能在薄煤層與中厚煤層中適用。由于掘鉆場、鉆抽放孔以及鋪設瓦斯管路等都需在同一巷道內開展，巷道內施工工序多，不易組織管理，且各工序間易發生脫節，易影響快速掘進。

3 結語

煤巷掘進工作面是瓦斯災害事故的高發區，一旦發生瓦斯災害事故，必然會造成嚴重損失。因此，必須充分了解煤巷掘進工作面瓦斯災害事故多發原因，并采取相關措施充分治理掘進工作面瓦斯，以有效防治煤巷掘進工作面瓦斯災害事故。

[1]王旺旺.高瓦斯薄煤層掘進工作面瓦斯治理技術[J].山東煤炭科技，2014（12）：60-63.

[2]丁磊.高瓦斯掘進工作面瓦斯綜合治理技術[J].煤，2016（4）：82-85.

[3]張平林.淺談千米高突礦井掘進工作面防突及瓦斯綜合治理技術[J].科學咨詢，2013（8）：110-113.

[4]王春海，許香元.瓦斯防治技術措施應用實踐[J].煤炭與化工，2016（3）：78-81.

[5]孫全發，楊文華.瓦斯綜合治理技術在高瓦斯煤層的應用[J].煤炭技術，2010（11）：45-48.

[6]盧連寧，王廣智.掘進工作面瓦斯綜合治理技術[J].煤礦安全，2008（6）：42-43.