煤礦井下瓦斯防治技術的探討

姚 強

（山西鋪龍灣煤業有限公司，山西 大同 037104）

煤炭產業的發展對于我國經濟發展有著重要意義。煤炭產業的健康發展與安全生產密不可分。由人的不安全行為導致的煤礦事故大多是由于違章指揮、違章作業、違反操作規程造成的，也稱為“三違”。物的不安全狀態一般指水、火、瓦斯、煤塵以及頂板事故，也稱為煤礦五大災害。瓦斯事故所造成的人員傷亡和財產損失最為嚴重，是煤礦產業發展的一大阻礙。據統計，我國瓦斯事故占總煤礦事故總數的76%，1975年和1950年分別發生在遼源礦務局富國礦和天府礦務局三江壩一礦的瓦斯事故是現有記載中極為嚴重的兩起事故。無論是局部性瓦斯爆炸，還是大型以及連續性瓦斯爆炸，都會危及到煤礦生產的順利進行。瓦斯防治的重要性自不待言。

瓦斯是附著在煤體當中無法消除的氣體，而且會隨著煤層開采的深度而增加。雖然隨著科技的發展，對瓦斯的預防以及控制有了較大的進步，但是不可否認的是，依然無法徹底消除瓦斯的危險性。瓦斯治理效果不好，不僅會造成潛在的安全生產隱患，而且還會使工人的生命受到威脅。針對如何防治瓦斯事故，本文從抽排治理、通風措施、注入技術、管理監控四個方面進行闡述，通過介紹這四個方面的防治方法，以為瓦斯防治提供理論和實踐參考。

1 瓦斯概述

瓦斯是一種無色無味的氣體，主要由甲烷、少量烴類氣體和微量稀有氣體等組成。瓦斯具有可燃性，可作為新型能源，也可作為生活燃料。同時，瓦斯還是一種有害氣體，瓦斯中毒就是因呼吸系統吸入過量瓦斯氣體而造成的。除了瓦斯中毒之外，還會產生其他危害。在煤礦井下工作面采煤過程當中，瓦斯會從揭煤和裂隙中大量涌出，通常情況下，瓦斯的涌出量受氣象影響：按上午（小）—下午（大）—晚間（小）—夜間（大）的周期波動；陰雨天氣涌出量較少，而晴朗天氣涌出量較大。此外，當φ（O2）達到12%、出現高溫火源（溫度650～750℃）、空氣中瓦斯含量（體積分數）達到爆炸界限的5%～15%時，就會發生瓦斯爆炸。而發生最高強度的瓦斯爆炸是瓦斯濃度在9%左右的時候。由此可見，瓦斯事故的發生是需要具備一系列的前提條件的，想要防止瓦斯爆炸事故的發生，最簡便可行的一個方法就是要控制瓦斯濃度。

運用合理的技術防止瓦斯大量聚集（0.5 m3工作區域，瓦斯的體積濃度大于2%），及時排放瓦斯氣體，可以有效避免瓦斯事故。

2 抽排治理

瓦斯抽排治理的第一步是排查不同工作區域的瓦斯含量大小，采用不同的工作儀器，對瓦斯氣體的分布情況和濃度進行全方面地調查、分析研究。一般情況下，柔性的保障措施是依靠工作人員的工作素養來實現，硬性的保障措施則是利用各種儀器設備。不同區域的抽采方案是因地制宜的。

一般情況下，煤礦瓦斯抽采工作主要是由地面到煤層，層層遞進地對瓦斯進行有效抽采。具體的流程包括：打孔工作、煤層抽采、采空區抽采、回收利用瓦斯氣體。也就是說，抽采工作分為地面和地下兩個部分，地面處需要抽出部分瓦斯；地下（井下工作區域）尤其是在瓦斯容易聚集的開采區（回風巷等）也要抽采瓦斯氣體，兩大部分的抽采都是以預防瓦斯氣體大量聚集為目的。通常來講，地上抽采程序相對簡單，地下抽采程序相對復雜。地下抽采包括采空區封閉抽采（封閉墻和鋼管預埋）、風巷輔助邊孔抽采（邊孔布置）、采空區埋管抽采（抽采管布置）三種方式。此外，抽采瓦斯要通過地下打孔來完成。地下打孔要求：明確封孔長度、鉆孔間距以及打孔方法；檢驗打孔效果；確定是否需要補孔等。抽采瓦斯員應按照規定程序完成瓦斯抽采、測驗等工作，運用瓦斯檢測儀器檢查抽排前后瓦斯氣體濃度，計算瓦斯抽排總量，為提高抽排瓦斯效率和改進抽排瓦斯方法，提供強有力的技術支持。

3 通風措施

通風措施是指運用先進的科技手法，改進工作面通風效果，快速有效地把瓦斯從工作面排出。布置通風系統之前，模擬通風設施配置，提前做好應對措施。應對措施通常包括：觀測瓦斯濃度、研究瓦斯涌現規律、測定大氣氣壓、設計巷道長度、安裝儀器裝置。通過采取這些措施，可保證工作面的進風巷道和回風巷道暢通無阻。同時，為保證送風通暢，需采取局部風筒送風、整體巷道排風的方式。

通風時，由于有些巷道長度不一，曲折程度不同，此時就需要因地制宜，通過配置不同的設備來協助疏散瓦斯。常用的通風設備有壓入式通風機、反風設施、智能變頻率裝置等，這些裝置可以把風量調整到合適的狀態。有了這些通風設備，還需要根據復雜的地勢狀況，對通風方式進行合理設計。優化通風設計可以采用以下方式：開鑿風井、回采工作面采用“U”型通風方式、“Y”型通風方式、“U”型和“L”型相結合通風方式、回風巷設置“內錯尾巷”等。總之，采取通風措施來防治瓦斯積聚就是為了使各個通風巷道能夠彼此互通，此外，還需定期進行監測維護，以減少通風阻力，防止出現漏風現象，從而達到良好的通風效果。

4 注入技術

為了防止瓦斯爆炸，可以采用注入技術。注入技術的原理是通過向煤層注入氣體、泥漿以及混合液等來改變煤體性質，目的是起到降溫降塵，降低瓦斯濃度的作用。常見的注入技術包括氣體注入、注漿技術以及注水系統。應用三種技術時要注意注入量、注入速度、注入壓力以及注入時間等指標。注入過后，還需要檢測注入技術的有效性。

氣體注入主要指在煤層注入惰性氣體。通常遇到構造比較堅硬的煤層時，便可運用注入惰性氣體的方法來“擠出”和“吸附”瓦斯氣體。

注漿技術是指在密閉空間內注漿加固，形成帷幕墻，以便阻截瓦斯漏出。采用該技術應注意：優先對煤柱、頂板裂隙嚴重地帶噴漿加固；用注漿管或是采用“打孔注漿”的方法加固采空區。注漿過程當中，要注意注漿的濃度和比例，而且要注意注漿穩定時間。一般而言，水泥漿與水灰的質量比是1∶1～2∶1（如果選用水泥和水玻璃混合雙液漿，水泥漿和水灰的比例不變）。注漿之后，還要穩定一段時間，大約在20 min以上。

注水系統是指通過運用液壓系統和液體導向系統，向煤體注入以水為主要成分的液體。這項技術可通過改變煤層力學性質來提高煤體濕潤程度。煤層瓦斯飛散速度降低，瓦斯氣體由游離狀態轉化成為吸附狀態，也就是說，瓦斯不再到處游離，而是吸附在以水為主的化學溶液當中。主要的化學溶劑還有壓裂液、表面活性劑、瓦斯固化劑等。注水過程中，應注意調整注水速度、注水壓力以及預算注水量，或者通過觀測孔直接觀測注水量。

采用注入方式后，可以通過對采樣進行分析，研究注入前后煤體變化，測試是否已經達到預定效果。例如，注水系統的測算方式是在采面區域間隔15 m左右的地方鉆入2～4 m左右的深孔，共取樣7～8個左右。通過取樣樣本計算出煤體含水量是否增加。王謨在山西某礦3608得出的實驗結果為：煤樣的含水量（質量分數）達到1%以上，注水浸潤效果較好。魏斌在山西云岡煤礦2136工作面得出的注漿結果是：回采期間，回風流中的瓦斯體積濃度保持在0.4%以下，瓦斯濃度比較穩定，注漿效果良好。注入惰性氣體同樣也能降低瓦斯濃度，有效提升瓦斯抽采效率。總之，三種方式的共同點是依靠瓦斯檢測儀器，并應用分析數據的方式，得出可靠的結論，確定注入技術的有效性。

5 管理監控

管理監控主要指對井下工作面巷道進行監控工作。井下工作面安裝有監控系統，運用先進的檢測技術，可有效實現對井下工作面巷道的智能監控。常用的檢測技術主要有微震預測、煤層溫度預測以及電磁輻射強度預測等。通過檢測技術可在發現預兆信息時，及時采取控制措施。這些預兆信息包括：煤層層理不夠均勻、煤質松軟、干燥、缺乏光澤、打孔難度增大（頂鉆、夾鉆、鉆孔變形、煤壁水珠等）、煤壁聲音異常（悶雷聲、爆竹聲、口哨聲）、煤壁顫動、頂板掉渣、煤塵濃度變大、瓦斯濃度波動異常。發現這些現象的時候，應盡快撤離現場人員，切斷電源，并向調度匯報，后期措施則包括維護頂板、抽采瓦斯等。

此外，技術監控和人員監控應相輔相成。主要派出安全監督員監控回采工作面瓦斯超限、頂板觀察、人員違章、防止一切有害氣體輸出等情況；要求隨身攜帶過濾防塵呼吸器，避免吸入大量煤塵；配戴自救器，防止吸入瓦斯等有害氣體導致中毒；禁止攜帶易燃易爆物品等。此外，根據煤礦安全規程規定，按時檢查井下瓦斯記錄，建立治理方案，完善相關數據和有關資料，建立安全生產體系。出現危險情況（明火產生或瓦斯異常等）時，不能繼續冒險開采。

6 結語

煤礦生產是高危工作，煤礦事故牽引人心。合理安排瓦斯防治工作的任務艱巨，需要長期堅持。降低工作面瓦斯濃度是瓦斯防治的基本措施。雖然瓦斯防治技術多樣化，但最重要的還是應重視柔性主導因素——素質發展。作為安全生產的主力軍，井下工作人員需不斷提高專業技能，在管理層面制定有效可行的實施方案。由理論到實踐，再由實踐上升到理論的高度，制定長期有效和靈活應變的瓦斯防治體系。做好應急防范措施，避免瓦斯事故的發生。而且瓦斯是一種可利用的清潔能源，煤礦瓦斯如果治理得當，不僅可以增加煤礦的經濟效益，還能節約自然能源，使瓦斯由害變利，由廢變寶。通過介紹瓦斯的防治措施，將理論與實踐相結合，期望可在實際生產中取得良好的治理效果，既有益于我國煤礦產業的發展，也可保障工作人員的生命安全。