礦井壓力基礎理論在瓦斯治理中的應用

摘 要：本文主要通過對雙柳煤礦的密閉墻處理、回采工作面控風設施砌筑、上隅角流場區域內瓦斯治理等關鍵性技術來闡述礦井壓力基礎理論在瓦斯治理中的應用，通過壓力基礎理論應用使得雙柳煤礦密閉墻前瓦斯濃度降低至0.04%左右，回采工作面上隅角和回風流中瓦斯濃度平均下降0.2%以上，進一步節約了瓦斯治理成本，為今后依靠通風方法治理瓦斯提供了堅實的理論依據。

關鍵詞：礦井；瓦斯治理

氣溫急劇變化條件下的采空區瓦斯異常涌出、煤與瓦斯突出礦井回采工作面通風設施的砌筑、上隅角瓦斯異常涌出等問題都嚴重制約著礦井安全生產，回采工作面控風設施的砌筑位置不同會導致回采工作面的瓦斯異常區域分布不同，同時井下采空區的瓦斯在大氣壓力急劇變化的影響下會異常涌出，因此如何能夠將礦井壓力基礎理論應用到礦井瓦斯治理中成為本文想要闡述的重點。

1 氣壓變化與與礦井采空區瓦斯涌出關聯性探究

1.1 柳林地區氣溫變化對雙柳煤礦井下采空區瓦斯涌出的影響

氣壓是隨大氣高度而變化的；大氣柱的重量還受到密度變化的影響，空氣的密度愈大，也就是單位體積內空氣的質量愈多，其所產生的大氣壓力也愈大。以汾西礦業雙柳煤礦所在的柳林縣氣溫變化為例，從中選取了3月17、18日兩天的氣溫差和同日早晚溫差做為研究條件，并對23（4）08材巷密閉瓦斯情況進行統計，結果見下圖：

3月17日最低氣溫和最高氣溫溫差為7℃，密閉墻前瓦斯濃度變化最大值為0.25%；從3月17日-3月18日的氣溫變化情況可以看出，兩日氣溫變化幅度為12℃，兩日同一密閉墻體的瓦斯濃度最大值變化幅度為0.96%。

1.2 井下采空區密閉瓦斯涌出與氣溫變化的關聯性及處理方法

1.2.1 采空區密閉內外壓差變化理論基礎

采空區密閉墻體內外由于在密閉初期內外氣體組分基本相同，同時在密閉墻體內外緊貼墻壁條件下選取兩個處于同一標高的點A和點B，則在密閉封頂的這一時間可以看做是密閉墻內外壓差為0的起點，那么A/B兩點的受力情況如下下式所示：

1.2.2 密閉墻外巷道負壓變化對采空區瓦斯涌出的影響

當氣溫急劇變化期間，尤其是井下空氣溫度在一個工作日內急劇升高時，可能導致密閉墻內外溫差加大，根據公式（2）可得：

墻外溫度升高，大氣壓力降低，密閉外的A點相對靜壓恒為負值，當大氣壓力P0降低時，風機運行參數不變的情況下，A點所受的相對靜壓的代數值減小；同時閉墻內的B點因溫度基本不變，且密閉區域內風流無運動，故B點的相對靜壓基本接近于氣溫變化前的大氣壓力，故密閉空腔內的瓦斯涌出量增大。

1.2.3 采空區密閉處理方法探究與應用

根據氣溫急劇變化期間的瓦斯涌出情況制定了《雙柳煤礦密閉墻處理方案》，確定了“現有密閉外側重新砌筑一道密閉+夾層添加黃土+外側閉墻噴漿”的處理模式。采取上述措施后，采空區密閉墻前瓦斯濃度由處理前的2%以上維持在0.04%左右。

1.3 回采工作面風量調整對瓦斯涌出的影響

1.3.1 雙柳煤礦回采工作面通風系統簡介

雙柳煤礦回采工作面采用“U”型通風方式，隨著回采推進，工作面的配風量需進行調整，根據防突礦井管理要求，雙柳煤礦回采工作面的風量調節主要依靠進風順槽內的調節設施進行調節。

1.3.2 回采工作面控風設施構筑位置與上隅角瓦斯涌出的關系

此時上隅角的瓦斯涌出較為緩慢且瓦斯涌出量較小，同理，當回采工作面的控風設施設置在進風側時，瓦斯等有毒有害氣體多從上隅角一側涌出。

1.3.3 雙柳煤礦回采工作面上隅角瓦斯治理措施

針對此，礦方確立了“本煤層抽采+高低位裂隙鉆孔抽采+頂板走向長距離鉆孔抽采”的回采工作面瓦斯治理模式，同時根據回采期間上隅角瓦斯涌出情況制定了采空區密閉埋管抽放方案并組織實施，具體為：利用雙柳煤礦回采工作面抽采巷和運輸順槽之間的橫貫密閉墻進行埋管抽放來輔助治理上隅角瓦斯，通過分區段連續在橫貫密閉上埋設抽放管路的方式，在回采過程中及風量調整期間瓦斯異常涌出的情況明顯減少，涌出量也顯著降低，抽采效果分析如表1。

2 結論

采空區密閉的施工質量是采空區瓦斯涌出的決定性因素，在氣溫急劇變化情況下，做好采空區和備采區及生產區的“隔離”是關鍵，采空區密閉施工應采用填充新型密閉材料+外側噴漿的方式來克服大氣壓力急劇變化條件下的閉墻“呼吸”現象；“頂板走向長距離鉆孔+高低位裂隙鉆孔+上隅角流場區域密閉埋管抽放”是一種針對自燃發火不嚴重礦井瓦斯治理中的很好選擇。

參考文獻：

[1]俞啟香，王凱，楊勝強.中國采煤工作面瓦斯涌出規律及其控制研究[J].中國礦業大學學報，2000，29（1）：9-14.

[2]張國樞.通風安全學[M].徐州：中國礦業大學出版社，2007.

作者簡介：

周錦文（1991- ），男，山西盂縣人，2014年畢業于華北科技學院安全工程專業，工學學士，助理工程師，從事礦井通風工作。