掘进工作面瓦斯治理技术现状及治理措施研究

刘峰

（晋煤集团寺河矿，山西晋城048205）

1 掘进工作面瓦斯事故原因

1.1 采掘深度与开采强度不断增大

随着我国煤矿科技的发展，煤矿开采的机械化水平越来越高，综合机械化掘进已成为很多矿井主要采用的掘进方式。该掘进方式掘进强度大、掘进速度快、工作面落煤、装煤以及运煤连续性强，这样工作面易涌出大量瓦斯，瓦斯灾害事故也会越来越严重。同时，随着煤矿埋深的增大，煤层瓦斯含量也会增多。在矿井向深部开采发展的过程中，煤层压力也会越来越大，使得有效防治煤与瓦斯突出问题也会越来越难[1]。

1.2 集约化开采程度越来越高

近年来，在煤矿开采强度及开采规模不断增大的同时，煤矿开采的机械化、集约化水平也越来越高。一些煤矿企业为获得更高的回采率，正在不断增大采区走向长度。掘进巷道内煤壁暴露面积越来越大，掘进作业中遇到的复杂问题也越来越多，工作面涌出瓦斯量不断增多，非常容易造成瓦斯超限，引发瓦斯爆炸事故。

1.3 瓦斯治理技术及通风设备跟不上

随着矿井开采年限的增加，矿井煤炭资源量不断减少，掘进巷道长度越来越长，巷道漏风量不断增多，通风阻力不断增大，这样到达掘进工作面的实际有效风量会越来越少。要想使掘进工作面获得更多的有效风量，需增大局部通风机的最大供风量[2]，但对于供风量的增加受很多技术条件以及多方面因素的限制，一些大功率通风机只适合在部分矿区运用，使得瓦斯治理更加艰难。

2 煤巷掘进工作面瓦斯治理措施

2.1 强化工作面预测作业

掘进工作面在实施采掘作业前，应先进行预测作业。在实际生产中，可把采掘工作面细分为突出危险工作面与无突出危险工作面。特别是采掘突出危险工作面前，应先进行相关预测并采取有效措施来防治突出危险。应先在充分了解工作面前方具体地质构造、所含瓦斯浓度与应力大小的情况下，采取相关措施如预抽瓦斯、进行松动爆破以及固化煤体等措施来防治突出危险。

2.2 增大供风量

装设大功率通风机，借助充足的风量可有效稀释掘进施工面瓦斯浓度，更好地保障安全生产。在巷道断面面积大小变化不大时，通过装设大功率通风机，可显著增大掘进工作面通风量[3]。但受技术条件的限制，也无法无限增大通风机功率，再者基于技术经济因素，掘进工作面最高风速也不宜过大，不能无限制一味地增大风量。

2.3 变单巷掘进为双巷掘进

单巷掘进由于巷道距离过长，很难满足通风需求，同时也不利于瓦斯的抽放。对此，可通过把单巷掘进科学、合理地改为双巷掘进，在巷道掘进过程中，两巷道各掘进一段距离后，在两巷道间掘一个连通巷进行连通，可让其中一个巷道来进风，让另一个巷道进行回风，两巷道通过连通巷连通。在掘成第二个连通巷后，随之封闭第一个连通巷，由第二个连通巷来承担第一连通巷的职能，这样依次往前掘进施工，经实际应用，人们发现借助此种方法，可把掘进工作面瓦斯浓度显著降低，能更好地防治各类瓦斯事故[4]。

2.4 抽放瓦斯

随着人们对瓦斯抽放技术的长期探索研究，当前形成的采掘工作面瓦斯抽放技术种类越来越多，技术也越来越成熟，各类地质条件与巷道布置方式下的采掘工作面瓦斯抽放技术已较全面，并有相应的成套装备与技术可供人们选用。

2.4.1 地面钻井抽放

该种抽放方式主要用来对老采空区内积聚的瓦斯进行抽采。在工作面回采作业中，由开切眼起，随工作面的不断推进，形成的采动裂隙也会越来越大，其中位于采空区中部的采动裂隙通常发育最明显，当采动面积足够大后，采空区中部的采动裂隙会逐步压实，这时通常在采空区四周会形成一连通的采动裂隙发育区，这也就是通常所说的采动裂隙“O”型圈。参照卸压瓦斯抽放“O”理论，并结合实际工作经验，通常应在距工作面巷道30～70 m之间布设采动区钻孔，这样可更好地抽放采空区瓦斯。

2.4.2 井下定向水平长钻孔抽放

该方法属于煤巷掘进前的一种预抽法，可大幅降低煤壁掘进时瓦斯涌出量，使掘进工作面瓦斯浓度变小，实现安全掘进[5]。其钻孔布置方式如图1所示。此外，为提高实际掘进速度，应在掩护抽放的情况下进行钻孔，如应用千米钻机可钻出长钻孔与拐弯钻孔，使煤层裂隙更大，具有更好的透气性，可进一步提高预抽煤层实际抽放效率，有助于巷道更高效、更快速的掘进。

图1 井下定向水平长钻孔抽放瓦斯示意图

2.4.3 巷道抽放

图2为典型的巷道抽放瓦斯布孔示意图。巷道抽放法可对掘进工作面瓦斯超限问题以及煤与瓦斯突出问题进行有效防治，但这样方法易造成瓦斯抽放工作与煤巷掘进工作彼此影响，易引发采掘平衡失调等问题，且采用巷道抽放法治理瓦斯只适合治理透气性较好的煤层瓦斯。

图2 井下巷道抽放瓦斯示意图

2.4.4 平面扇形边掘边抽

图3为该种方法抽放钻孔布置示意图。当前，国内很多高瓦斯矿井以及煤与瓦斯突出矿井应用边掘边抽方式来对瓦斯突出问题以及瓦斯超限问题进行防治[6]。

图3 平面“扇形”边倔边抽瓦斯示意图

应用边掘边抽瓦斯治理技术，可有效治理高瓦斯具有突出危险的煤层。这种瓦斯治理技术的主要优点可改善煤体内部物理力学性质，使掘进煤层时的突出危险显著降低。可有效防治掘进工作面瓦斯超限问题，有利于更快速的掘进高突区域煤巷。有助于缓解突出矿井采掘关系失调现象，可进一步提高采掘经济效益与安全效益。使巷道掘进时的绝对瓦斯涌出量减少，这样可从根本上解决矿井瓦斯超限问题，使通风瓦斯管理更简单，掘进巷道作业环境更良好。边掘边抽治理瓦斯技术的缺点主要为：在给巷帮钻场进行钻孔施工时，易引发局部瓦斯积聚现象。实际封孔质量要求相对较高。需进一步深入优化钻孔与煤壁间参数。进行掘进作业时需掘钻场较多，巷道掘进施工量显著增大。对于平面扇形布孔，只能在薄煤层与中厚煤层中适用。由于掘钻场、钻抽放孔以及铺设瓦斯管路等都需在同一巷道内开展，巷道内施工工序多，不易组织管理，且各工序间易发生脱节，易影响快速掘进。

3 结语

煤巷掘进工作面是瓦斯灾害事故的高发区，一旦发生瓦斯灾害事故，必然会造成严重损失。因此，必须充分了解煤巷掘进工作面瓦斯灾害事故多发原因，并采取相关措施充分治理掘进工作面瓦斯，以有效防治煤巷掘进工作面瓦斯灾害事故。

[1]王旺旺.高瓦斯薄煤层掘进工作面瓦斯治理技术[J].山东煤炭科技，2014（12）：60-63.

[2]丁磊.高瓦斯掘进工作面瓦斯综合治理技术[J].煤，2016（4）：82-85.

[3]张平林.浅谈千米高突矿井掘进工作面防突及瓦斯综合治理技术[J].科学咨询，2013（8）：110-113.

[4]王春海，许香元.瓦斯防治技术措施应用实践[J].煤炭与化工，2016（3）：78-81.

[5]孙全发，杨文华.瓦斯综合治理技术在高瓦斯煤层的应用[J].煤炭技术，2010（11）：45-48.

[6]卢连宁，王广智.掘进工作面瓦斯综合治理技术[J].煤矿安全，2008（6）：42-43.