礦井瓦斯防治技術(shù)的推廣應(yīng)用

楊春虎

（山西鄉(xiāng)寧焦煤集團(tuán)申南凹焦煤有限公司， 山西 臨汾 045000）

1 礦井概況

山西鄉(xiāng)寧焦煤集團(tuán)臺(tái)頭煤焦有限責(zé)任公司位于臨汾市鄉(xiāng)寧縣管頭鎮(zhèn)胡村附近。2013 年9 月11 日山西省煤炭工業(yè)廳以晉煤辦基發(fā)〔2013〕1273 號(hào)文批復(fù)了礦井兼并重組整合項(xiàng)目竣工驗(yàn)收，設(shè)計(jì)年產(chǎn)量120 萬(wàn)t。

依據(jù)礦井煤層煤塵爆炸性鑒定報(bào)告結(jié)論，1 號(hào)、2 號(hào)煤層的煤塵均具爆炸危險(xiǎn)性，均為自燃煤層，自燃傾向性等級(jí)為Ⅱ級(jí)。據(jù)山西省煤炭工業(yè)廳瓦斯等級(jí)鑒定結(jié)果，礦井瓦斯絕對(duì)涌出量為3.44 m3/min，相對(duì)瓦斯涌出量為1.68 m3/t，屬瓦斯礦井。

1.1 礦井通風(fēng)方式

礦井采用中央并列式通風(fēng)方式，通風(fēng)方法為機(jī)械抽出式，形成了三進(jìn)一回的通風(fēng)格局。礦井總進(jìn)風(fēng)為7 106 m3/min，總回風(fēng)為7321 m3/min，在回風(fēng)立井安裝兩臺(tái)FBCDZ-8-№23 型對(duì)旋軸流式通風(fēng)機(jī)，電機(jī)功率為2×185 kW，排風(fēng)量為3 780～8 100 m3/min，1 臺(tái)運(yùn)行，1 臺(tái)備用。

綜采面采用U 型通風(fēng)方式，掘進(jìn)面采用壓入式通風(fēng)，配備兩臺(tái)高效、低噪音的FBD-№6.0 型對(duì)旋式軸流局部通風(fēng)機(jī)，電機(jī)功率2×18.5 kW，實(shí)現(xiàn)了雙風(fēng)機(jī)雙電源自動(dòng)切換和“三專兩閉鎖”。

1.2 瓦斯抽采系統(tǒng)

礦井在回風(fēng)立井南部建立一座地面永久瓦斯抽放泵站，抽放系統(tǒng)采用兩套管路，分別建立高、低負(fù)壓瓦斯抽放系統(tǒng)，各選用兩臺(tái)2BEC60 型水環(huán)式真空泵，電機(jī)功率355 kW，流量240 m3/min，管路采用無(wú)縫鋼管，高負(fù)壓管徑為426 mm，安裝長(zhǎng)度1 500 m；低負(fù)壓主管管徑為508 mm，安裝長(zhǎng)度2 500 m；支管管徑為219 mm，安裝長(zhǎng)度950 m。

附屬設(shè)備有水封式防爆器、自動(dòng)噴粉抑爆裝置、防回火裝置、防回水裝置、防回氣裝置、放空管、冷卻循環(huán)水泵、冷卻塔、計(jì)量檢測(cè)裝置及避雷裝置、機(jī)械通風(fēng)裝置等。

瓦斯抽采泵站安裝一套KJ73N 瓦斯抽采監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)，值班室內(nèi)設(shè)置匯集監(jiān)測(cè)參數(shù)的防爆監(jiān)控主機(jī)，連續(xù)監(jiān)測(cè)瓦斯抽采管路內(nèi)的氣體溫度、負(fù)壓、正壓、瓦斯?jié)舛取⒁谎趸紳舛鹊葏?shù)。

2 礦井瓦斯涌出量規(guī)律與影響因素

2.1 采煤工作面瓦斯涌出

1)采空區(qū)對(duì)瓦斯涌出分析：隨著工作面推進(jìn)，采空區(qū)面積增大，頂板冒落及底板裂隙使上下鄰近層瓦斯也涌入采空區(qū)，加之煤體瓦斯及采空區(qū)遺煤瓦斯的釋放，采空區(qū)瓦斯涌出量逐漸增大。

2）周期來(lái)壓對(duì)瓦斯涌出分析：周期來(lái)壓期間，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢查上隅角最大瓦斯0.68%，回風(fēng)順槽瓦斯增高不明顯，說(shuō)明周期來(lái)壓期間，采空區(qū)瓦斯涌出對(duì)生產(chǎn)影響不明顯。

3）割煤速度對(duì)瓦斯涌出分析：礦井2 號(hào)煤層透氣性較差，抽出瓦斯量較小，采煤機(jī)落煤時(shí)瓦斯瞬間涌出量較大，當(dāng)采煤機(jī)速度保持在勻速1.5 m/min時(shí)，落煤瓦斯能被及時(shí)稀釋，不會(huì)造成上隅角及回風(fēng)順槽瓦斯涌出突然過(guò)大。

4）季節(jié)性因素對(duì)瓦斯涌出的影響：夏季通風(fēng)是每年通風(fēng)管理上較難管理的階段，溫度高、氣壓低，煤層瓦斯涌出較其他季節(jié)大，經(jīng)檢測(cè)對(duì)比，夏季通風(fēng)期間，瓦斯?jié)舛缺绕渌竟?jié)大0.08%左右。為此，專門制定夏季通風(fēng)措施，加強(qiáng)通風(fēng)系統(tǒng)管理。

2.2 掘進(jìn)工作面瓦斯涌出

1）地質(zhì)構(gòu)造對(duì)綜掘面瓦斯涌出量的分析：地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜地帶，比如向斜、背斜等，往往是瓦斯積聚的地帶，瓦斯壓力和瓦斯含量均較大，有的甚至有突出危害。在進(jìn)入瓦斯含量高的區(qū)域前，提前采取防范措施，比如加大配風(fēng)量、加強(qiáng)通風(fēng)系統(tǒng)管理、加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)管理、加強(qiáng)瓦斯檢查等。

2）煤的可解析瓦斯量與瓦斯涌出量的分析：經(jīng)計(jì)算，本礦井煤的可解析瓦斯量為0.68 m3/t，2 號(hào)煤層原始瓦斯含量2.77 m3/t，煤體透氣性較小、吸附性強(qiáng)，故在割煤時(shí)，煤體被粉碎瞬間，有大量瓦斯被釋放出來(lái)，割煤速度快時(shí)，瓦斯瞬間會(huì)很高，通過(guò)實(shí)測(cè)，T1 最高瓦斯?jié)舛冗_(dá)0.4%。為此，通過(guò)使用大功率局部通風(fēng)機(jī)、大直徑風(fēng)筒、加強(qiáng)局扇風(fēng)筒管理、嚴(yán)格控制割煤速度等措施來(lái)解決此項(xiàng)。

3）巷道掘進(jìn)長(zhǎng)度與瓦斯涌出量分析：巷道長(zhǎng)度越長(zhǎng)，暴露煤體面積越大，瓦斯涌出量越大。當(dāng)掘進(jìn)到800 m 時(shí)瓦斯涌出量增大最明顯，通過(guò)將原有FBD№6.0/2×18.5kW 對(duì)旋軸流局部通風(fēng)機(jī)更換為FBD№8.0/2×55kW 的大功率對(duì)旋軸流局部通風(fēng)機(jī)來(lái)解決此項(xiàng)。

2.3 采掘工作面瓦斯涌出量

2.3.1 自然因素

1）地面大氣在一年內(nèi)冬夏兩季的差值可達(dá)5.3～8.0 hPa，地面大氣壓變化引起井下大氣壓的相應(yīng)變化，它對(duì)采空區(qū)或冒高處瓦斯涌出的影響比較顯著，針對(duì)此種情況，在冬夏季有針對(duì)性的調(diào)整風(fēng)量。

2）煤層的瓦斯含量是決定采掘工作面瓦斯涌出量多少的主要因素，本井田總體表現(xiàn)為東北低，往西南方向隨深度增加而增大。

2.3.2 開(kāi)采技術(shù)

1）采掘方法對(duì)瓦斯涌出量影響較大，綜采面瓦斯涌出比較均勻，瓦斯?jié)舛炔▌?dòng)幅度小。

2）煤層和圍巖的瓦斯含量是決定綜采面瓦斯涌出量多少的最重要因素。當(dāng)開(kāi)采2 號(hào)煤層時(shí)，由于受回采影響，在采空區(qū)下形成大量的裂隙，1 號(hào)煤層或圍巖層中的瓦斯流向2 號(hào)煤層的采空區(qū)，再進(jìn)入生產(chǎn)空間，從而增加2 號(hào)煤層瓦斯涌出量。

3）采掘速度。絕對(duì)瓦斯涌出量隨采掘速度（產(chǎn)量）增加而增大，呈線性正比例關(guān)系；相對(duì)涌出量隨采掘速度（產(chǎn)量）增大而降低，呈反函數(shù)關(guān)系。由此分析采煤工作面瓦斯以煤壁和落煤為主要來(lái)源。

4）生產(chǎn)工藝對(duì)瓦斯涌出量有一定影響。瓦斯從煤層暴露面和采落的煤炭?jī)?nèi)涌出的特點(diǎn)是：初期瓦斯涌出強(qiáng)度大，然后大致按指數(shù)函數(shù)的關(guān)系逐漸衰減。

5）風(fēng)量變化同樣影響瓦斯涌出量。采空區(qū)瓦斯涌出取決于漏風(fēng)壓差，而采空區(qū)漏風(fēng)壓差又取決于工作面沿空留巷漏風(fēng)量。本礦井采煤工作面，采空區(qū)瓦斯涌出所占比例小。

6）煤層瓦斯賦存量是影響掘進(jìn)工作面瓦斯涌出量的主要因素；割煤速度對(duì)瓦斯涌出量有所影響；巷道長(zhǎng)度對(duì)瓦斯涌出量有所影響。

3 礦井瓦斯防治技術(shù)措施

綜采面采用全風(fēng)壓“U”型通風(fēng)方式，掘進(jìn)面采用壓入式局部通風(fēng)方式。

3.1 技術(shù)措施

3.1.1 綜采工作面防治技術(shù)措施

1）不盲目增加和減少工作面風(fēng)量，保證均壓效果，減少采空區(qū)漏風(fēng)量。

2）綜采面及上、下巷必須保持足夠的通風(fēng)斷面，若上下巷斷面小于設(shè)計(jì)斷面的2/3、超前棚范圍內(nèi)巷道高度小于1.8 m，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行巷道維修，確保回風(fēng)系統(tǒng)暢通。同時(shí)，合理計(jì)劃產(chǎn)出煤量，有效控制好割煤速度，尤其是在采煤機(jī)運(yùn)行到機(jī)尾30 m 范圍內(nèi)時(shí)，減少瓦斯涌出量。

3）針對(duì)回采工作面上隅角容易積聚瓦斯的特點(diǎn)，采取風(fēng)障引流、設(shè)置風(fēng)流射流器、上隅角埋管抽放法等技術(shù)措施，稀釋導(dǎo)出上隅角瓦斯。嚴(yán)格控制煤邦與端頭支架的距離，提高抽放管路對(duì)上隅角瓦斯的抽放效率。每班配備專職瓦檢員，當(dāng)工作面瓦斯超過(guò)0.5%時(shí)，必須采取措施實(shí)行限產(chǎn)，及時(shí)處理上隅角積聚的瓦斯。

4）適當(dāng)增加2 號(hào)煤采煤工作面的配風(fēng)量，排出1號(hào)煤層通過(guò)采動(dòng)裂隙涌到2 號(hào)采煤工作面的瓦斯。

5）采前煤層進(jìn)行注水，回采期間保證采煤機(jī)內(nèi)外噴霧及上下順槽防塵設(shè)施正常工作，增加采煤機(jī)內(nèi)外風(fēng)水噴霧，加強(qiáng)降溫、降塵效果。

6）采面落煤時(shí)瓦斯涌出量明顯增大，瓦斯超限時(shí)，采煤工作面必須立即停止工作，進(jìn)行處理。

7）針對(duì)氣壓變化，合理調(diào)整風(fēng)量大小。

3.1.2 掘進(jìn)工作面治理措施

1）工作面局部通風(fēng)機(jī)安設(shè)位置進(jìn)風(fēng)量不小于局部通風(fēng)機(jī)的吸風(fēng)量；風(fēng)機(jī)必須吊掛或置于專用的局部通風(fēng)機(jī)架上，并且距底板的高度不小于0.3 m。

2）局部通風(fēng)機(jī)使用“專用變壓器、專用開(kāi)關(guān)、專用電纜”，保證“風(fēng)電閉鎖”和“瓦斯電閉鎖”靈敏、準(zhǔn)確、斷電功能可靠。

3）主、備用兩臺(tái)局部通風(fēng)機(jī)必須時(shí)常保持完好狀態(tài)；雙風(fēng)機(jī)、雙電源開(kāi)關(guān)能自動(dòng)切換，并嚴(yán)格執(zhí)行掛牌管理。

4）風(fēng)筒采用阻燃風(fēng)筒（Φ800 mm），每條配有快速接頭。接頭要反壓邊，風(fēng)筒吊掛要平直，逢環(huán)必掛，需要拐彎時(shí)，必須設(shè)彎頭，嚴(yán)禁拐死彎，風(fēng)筒出口距工作面不大于5 m。

5）保證巷道工程質(zhì)量，減少空邦空頂，避免局部瓦斯積聚現(xiàn)象發(fā)生。

6）合理計(jì)劃產(chǎn)出煤量，有效控制好掘進(jìn)速度，減少瓦斯涌出量。

3.2 管理措施

1）瓦斯檢查與管理。完善瓦斯檢查制度，按規(guī)定配備瓦檢員和光學(xué)甲烷檢測(cè)儀，并對(duì)光學(xué)甲烷檢測(cè)儀定期檢定，執(zhí)行瓦斯檢查制度和礦長(zhǎng)、技術(shù)負(fù)責(zé)人瓦斯日?qǐng)?bào)審查簽字制度。

2）安全監(jiān)控系統(tǒng)。裝備KJ95N 型安全監(jiān)控系統(tǒng)，分站設(shè)置和傳感器安設(shè)位置、數(shù)量符合規(guī)定，傳感器種類、數(shù)量滿足礦井需要，確保系統(tǒng)運(yùn)行可靠，定期對(duì)傳感器進(jìn)行調(diào)校。

3）通風(fēng)系統(tǒng)。目前礦井總進(jìn)風(fēng)量大于設(shè)計(jì)需風(fēng)量，能滿足礦井生產(chǎn)需要；各采掘工作面、采區(qū)變電所實(shí)現(xiàn)獨(dú)立通風(fēng)，各用風(fēng)點(diǎn)風(fēng)量、風(fēng)速符合《規(guī)程》要求；礦井定期進(jìn)行通風(fēng)阻力測(cè)定，有完整獨(dú)立的通風(fēng)系統(tǒng)；礦井、采區(qū)和采掘工作面的供風(fēng)能力滿足安全生產(chǎn)要求。

4）通風(fēng)設(shè)施和設(shè)備。確保礦井各類通風(fēng)設(shè)施齊全可靠，能夠保證通風(fēng)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行；采空區(qū)、報(bào)廢巷道使用不燃性材料及時(shí)封閉；主要通風(fēng)機(jī)按照規(guī)定進(jìn)行性能測(cè)試，結(jié)果符合要求，測(cè)試報(bào)告真實(shí)有效；主要通風(fēng)機(jī)反風(fēng)設(shè)施齊全，并建立通風(fēng)設(shè)施管理臺(tái)帳、停電停風(fēng)記錄以及主扇日常維護(hù)記錄。

4 效果評(píng)價(jià)

通過(guò)采取各種瓦斯防治技術(shù)管理措施，并嚴(yán)格落實(shí)“通風(fēng)可靠、抽采達(dá)標(biāo)、監(jiān)控有效、管理到位”十六字瓦斯治理體系，臺(tái)頭煤焦公司在瓦斯防治與管理方面取得成效。特別是在綜采面上隅角瓦斯治理方面，采用導(dǎo)風(fēng)幛法、風(fēng)流引射器聯(lián)合作用法及上隅角埋管方法，效果十分明顯，使上隅角的瓦斯?jié)舛扔稍瓉?lái)的0.5%～0.6%降低到0.2%～0.3%，且保持穩(wěn)定，不僅有效解決了上隅角瓦斯積聚問(wèn)題，而且為整個(gè)礦井的瓦斯防治技術(shù)推廣和提高礦井防災(zāi)抗災(zāi)能力提供借鑒。