矿井局部高瓦斯区域治理措施研究

李太锋

在我国所有煤炭资源中，部分煤层属于瓦斯含量较高，煤层在开采过程中，瓦斯会逐渐释放出，当工作环境中的瓦斯含量超过一定浓度时，会导致人员死亡，造成生产事故，制约着矿井的安全生产，严重影响矿井的经济效益。在我国矿井瓦斯事故属于频发事故，造成了大量的人员伤亡与经济损失，给矿井造成了巨大的压力，因此矿井在瓦斯防止方面必须加大投入，做好安全管理措施，从而保证矿井的安全生产，提高经济效益。近几年来，矿井机械化生产的水平在不断地提高，对于一些低瓦斯矿井，在局部区域也出现了瓦斯超限的问题。对矿井局部高瓦斯区域进行治理，对矿井的安全生产十分重要。

1 矿井概况

山西某矿开采煤层为10#煤层，埋深400m，厚度为2.98m，内部含有夹矸0～4层，煤层结构较为简单，属于全区稳定可采煤层。煤层顶板主要为灰色细砂岩，厚度平均为1.6m，岩层致密坚硬，底板主要为砂质泥岩，厚度平均为5.81m，岩层整体性较好。上方为9#煤层，煤层间距为7.30～13.26m，平均12.52m。煤层首采工作面10-203在推进期间，采空区上隅角位置与局部区域内出现瓦斯浓度升高情况。

2 瓦斯超限原因分析

在一些低瓦斯矿井中，局部区域瓦斯含量较高，导致瓦斯超限，而瓦斯超限的原因主要有以下几方面：

①煤层在形成过程中，长期的地质变化对瓦斯的聚集有着一定的促进作用;②煤层围岩的物理力学特性对内部瓦斯的聚集有着很大的影响，当围岩内裂隙发育程度较低时，瓦斯透气性较低，因此在局部区域瓦斯较为聚集;③煤层内的地质构造对瓦斯的聚集有着一定的影响，起着主导性的作用，通常构造位置所在地为瓦斯超限位置。

为对该矿井局部区域瓦斯超限原因进行分析，需对各煤层瓦斯涌出量进行研究。由于9#煤层工作面在开采过程中无大型地质构造的出现，9#煤层并没有瓦斯含量超限的情况存在，因此本文将仅对10#煤层瓦斯涌出量进行分析。

10#煤层在2007年开始掘进各系统巷道，在巷道掘进过程中，各位置的瓦斯含量最大时为0.12%，回风流中瓦斯的最大含量为0.24%，通风系统中的瓦斯含量明显大于9#煤层。10-203工作面作为10#煤层的首采工作面，工作面切眼长度为240m，巷道长度为1000m，其上为9#煤层工作面采空区，到现在为止，工作面已经推进的长度为850m。

根据10#煤层工作面巷道在掘进与回采过程中瓦斯含量的变化情况可知，首采工作面10-203巷道在掘进期间，巷道掘进至600m位置时瓦斯含量最大，与10#煤层其他工作面巷道掘进期间的瓦斯含量进行对比分析可知，工作面巷道在掘进至380m～600m范围内时，风流中瓦斯含量均达到最大值。

在掘进10#煤层工作面辅助巷道时，各区域瓦斯含量未出现超限的现象。整个10#煤层工作面在掘进的过程中，巷道揭露有断层和向斜地质构造。断层构造高差为0.6～3.5m，在断层构造区域内，瓦斯含量未出现异常现象，因此煤层内的断层构造对瓦斯含量的分布无明显影响。10#煤层内的向斜构造主要有两个，分别在运输巷西部600m与东部400～1000m范围内，其形状主要为条带型，对向斜构造内的瓦斯含量进行监测，局部位置出现瓦斯浓度超限现象，与巷道掘进期间高瓦斯区域基本重合。该结果表明10#煤层内的向斜构造是瓦斯浓度超限的主要原因，对其原因进行分析可知，向斜构造轴部区域岩层由于挤压作用下，岩层内的裂隙逐渐闭合，导致岩层透气性降低，瓦斯聚集较高，瓦斯浓度较大。

3高瓦斯区域综合治理措施

3.1采、掘工作面配置合理风量

对煤层内掘进与回采的工作面风量进行合理的分配可以有效地降低空气中的瓦斯浓度。矿井对各区域配风时瓦斯的不均匀系数按照1.6进行计算，可得回采工作面需要的风量为850m3/min，掘进工作面需要的风量为200m3/min。通过对现场风流进行统计，掘进工作面风量为181m3/min，小于理论计算值。为降低掘进工作面瓦斯浓度，在该位置采用局部通风机进行通风，通风机型号为FBD-NO.6.3，功率为2×30kW，当风机运行时，其风量可达360～400m3/min，远大于理论计算所需风量，因此可达到降低空气中瓦斯浓度的效果。

3.2均衡生产工作量

通过减小工作面产煤的速度可降低煤层内的瓦斯量。工作面在割煤的过程中，瓦斯随着煤体逐渐释放出，割煤速度越快，空气中的瓦斯由于时间较短，瓦斯浓度稀释速度较慢，导致瓦斯浓度超限。因此工作面在割煤过程中，对各区域瓦斯浓度进行监测，当其达到0.40%，停止工作面的生产，待瓦斯稀释后继续割煤，通过该方法，可防止工作面内瓦斯超限，瓦斯含量可控制在0.5%以下。

3.3工作面斯抽采技术

为降低回采时工作面瓦斯含量增高情况，通过对工作面瓦斯抽采的方法来降低瓦斯含量，抽采技术如下：

（1）顶板走向钻孔

根据回采时的通风系统，在巷道内顶板布置钻场对瓦斯进行抽采，钻场间距为15m，每个钻场布置4个钻孔，钻孔位置位于顶板与两帮交接处，钻孔呈扇形布置，与巷道夹角为50°～340°，钻孔深度为18～22m，钻孔布置如图1所示。

（2）上隅角埋管布置

由于工作面回采时在采空区上隅角出现瓦斯聚集的情况，通过沿采空区上隅角进行埋管的方法对采空区瓦斯进行抽采。采空区埋管抽采时，每10m接一根立管，抽采管路沿巷道底板布置。埋管头安装直径400mm、长度1.5m的立管并在顶部安装一节0.5m花管，花管周围用铁沙网包好，顶部加挡板，以防止煤矸进入抽采管。工作面瓦斯进行抽采后，工作面瓦斯浓度未出现超过0.3%的情况，抽采效果较好。

4矿井安全管理对策

除了制定局部瓦斯治理措施之外，制定相应的管理措施也能有效地降低瓦斯含量，优化后管理措施如下：

4.1强化通风管理系统

加强工作面通风系统的管理工作可提高通风系统的稳定性。稳定的通风系统可为各工作面提供稳定的风流，稀释各区域的瓦斯含量，防止瓦斯超限现象的出现。通风系统的管理工作主要包括对通风设施的管理、通风系统优化的管理以及风量大小的统计等。加强这些方面的管理工作可强化通风系统的稳定性，保证矿井的安全生产。

4.2加强瓦斯监测

强化矿井内各区域瓦斯的监测技术与设备，能够有效防治矿井瓦斯超限现象的出现。在矿井的各工作区域必须配置瓦斯监测装置以及瓦斯监测人员，做到“一炮四检”“二人连锁放炮”制度，同时工作人员必须佩戴报警装置与自救装置，将矿井自动监测和人工监测进行有效的结合。

4.3强化工作人员防治瓦斯意识

矿井工作人员必须强化自身瓦斯防治意识。对矿井工作人员进行大量的培训，将瓦斯防治的重要性普及至每个人的意识中，充分做到“先抽后采、监测监控、以风定产”的瓦斯治理方针，从而提高工作人员的管理工作与效率。

5结论

本文对山西某矿各区域煤层瓦斯的含量进行了测量，对瓦斯浓度超限的问题进行了分析，研究结果表明矿井煤层内向斜构造是瓦斯积聚的主要原因。基于此结果，制定了矿井瓦斯防治措施与管理对策。采用该方案后矿井内各区域瓦斯含量均降低至安全范围内，表明该治理措施能够有效降低瓦斯含量，实现矿井安全生产。

【参考文献】

[1]何启林，王德明.孔庄煤矿瓦斯异常原因及其防治措施[J].辽宁工程技术大学学报，2003，22（4）：480-482.

[2]吴财芳，曾勇，张子戌，等.低瓦斯矿井煤层瓦斯异常涌出的研究[J].中国煤田地质，2003，15（2）：20-22.

[3]陈功华，翟成，林柏泉，等.低瓦斯矿井局部瓦斯异常涌出的分析研究[J].煤矿现代化，2004，（2）：25-26.

[4]陳军章.高瓦斯煤矿采掘工程中通风技术和安全管控方式研究[J].山西能源学院学报，2018，31（1）：34-36.

[5]刘晓宇.煤矿局部通风监控系统的设计与研究[J].山西能源学院学报，2018，31（1）：37-39.