矿井瓦斯治理工艺措施研究

徐 伟

（阳煤集团寿阳开元矿业有限责任公司，山西 阳泉 045000）

在煤矿的开采中，瓦斯是煤矿最重要的危险源之一，煤矿生产对瓦斯浓度有极为严格的要求。例如，综采面、放炮地点风流中瓦斯浓度必须小于1%，否则严禁打眼和爆破。达到1.5%时，必须停止工作，切断电流，撤离人员。但是由于地层中瓦斯含量大，瓦斯的流动性和扩散性极强，这就为瓦斯的控制提高了困难。如果想要保证瓦斯含量在一定浓度以下，就必须通过抽采和通风工艺来实现。只有制定好抽采及通风工艺措施，才能保证瓦斯不会对生产安全造成威胁。

1 矿井瓦斯来源

我国煤矿的瓦斯灾害严重威胁着井下员工的生命安全，是每个煤矿的“心头大患”。瓦斯灾害给煤矿带来巨大的经济负担和经济损失，有的甚至直接导致煤矿破产。仅1993 年—2003 年，10 年时间发生了6 起特大瓦斯爆炸事故。因此瓦斯灾害严重制约了我国煤矿的发展脚步。

瓦斯的治理，需要深入分析瓦斯的来源方式，针对瓦斯的来源制定控制方案。一般的，瓦斯来源可以分为三部分。第一部分是综采工作面采煤时涌出的瓦斯，这部分瓦斯是因为吸附在煤炭上的少部分瓦斯解吸后释放，可以称为落煤瓦斯。第二部分则是掘进工作面瓦斯涌出。第三部分是通过围岩、邻近层以及回采丢煤过程中的瓦斯涌出，称为采空区瓦斯涌出。其中，采空区瓦斯涌出一般是煤矿瓦斯的最主要的来源，也是防治的重中之重。

2 瓦斯治理的工艺原理

瓦斯治理采用的工艺，是通过在地面建立瓦斯泵站，经过井下瓦斯管道，配合通风系统，抽取后排出或用于其它行业。瓦斯抽取过程中，需要根据煤层赋予的实际条件、瓦斯来源、巷道布置以及瓦斯参数合理的选择。选择过程中，需要依据以下工艺原则：

1）减少巷道开采的工作量，尽量实现开采巷道和瓦斯抽取巷道相结合。

2）瓦斯抽放方法适合地质条件，适合煤层赋存状况。

3）工艺设计应该方便管路施工，抽放时间的增加以及管道的铺设。

3 瓦斯治理工艺

对于瓦斯含量不大于8 m3/t 的区域，可以采用顶板抽采巷的方法治理邻近瓦斯层，防止顶板冒落。对于回采工作面进行瓦斯抽放时，先将采空区进行封闭处理，在回风巷每隔40 m 左右掘一个斜向上的绕行巷道，然后向上方打钻。然后密封进行抽放瓦斯。回采结束以后，将入风巷和回风巷用黏土进行永久性密封处理，接好管路抽放瓦斯（见图1）。

图1 采空区瓦斯治理施工示意图

3.1 布孔方式

在回采工作面进行顺层钻孔施工设计时，需要注意布孔采用交叉式布置。平行钻孔位距离煤层底板1 m，斜交钻孔距离煤层底板1.5 m。在这里要求平行钻孔垂直于顺槽方向，斜交钻孔的孔底与工作面相迎。两种钻孔采取交错布置，厚煤区适当增加平行钻孔数量。封孔方式采用聚氨酯封孔，封孔长度约1 m，深度约8 m。钻孔参数见表1，布孔示意图见图2。

表1 钻孔参数表

图2 回采工作面瓦斯抽取布孔示意图（m）

在钻孔过程中，需要把握好压力、速度与排渣三个要素，以防止出现夹钻的现象。夹钻现象一般是排渣不及时导致的，所以需要遵循“低压慢进，掏空前进”的策略。排渣采用风力排渣时，保证风压在0.5 MPa，管路中需要有风水隔离器，为了防止着火事故，钻机也要有“风、水”三通，供水压力也不应小于0.5 MPa。钻孔过程中，2 m 范围内必须要有CO、CH4报警器，一旦发生着火事故，必须立即停止作业，撤离现场。

3.2 钻场及封孔布置

钻场选址要在工作面顺槽下帮，钻场一般间距在40 m 左右。钻场一般要求采用36U 钢半圆孔支护，规格为4.0 m×4.5 m×3.28 m。钻场示意图见图3：

图3 钻场布置示意图（m）

根据多年实践经验，封孔时聚氨酯黑料和白料配比1∶2，膨胀延续时间40 s，封孔效果最佳，利于井下作业。如果压力较大，封孔深度应达到10 m 左右。

3.3 煤矿通风方式

煤矿的通风需要根据进风、回风井的位置，选用不同的通风方式。目前最主要的通风方式有四种，分别是中央式、对角式、区域式以及混合式。中央式分为中央边界式和中央并列式，中央边界式适用于瓦斯多，而中央并列式适用于煤层瓦斯少的环境；对角式也分为分区对角式和两翼对角式，其中两翼对角式最适用于易发生瓦斯爆炸、火灾的矿井；区域式提供了一个独立的回风系统，而混合式则适用于地质条件苛刻的环境。各种通风方式的优缺点见表2。

表2 各种通风方式的优缺点

目前有部分煤矿对通风方式进行了改进，采用了U+L 两进一回的通风方式。这种通风方式的优势在于把轨道巷或者皮带巷作为了进风通道，增强了通风系统的透风能力。使用风流将巷道内积聚的瓦斯进行快速的转移和扩散，两条巷道作为进风巷减少了因瓦斯过多而使工作面风量不够的情况。对于高瓦斯综采工作面采用偏W 型通风技术，这种技术

方案是在轨道和皮带巷之间再建一条巷道作为回风

巷，回风巷与轨道巷用煤柱隔开，以保证通风线路互相独立且不漏风。W 型通风技术的原理是轨道与皮带巷作为进风巷，形成了一回两进的通风格局，风量增加一倍，通风能力极强，特别适用于高瓦斯含量的工作环境。

3.4 瓦斯治理工艺的管理

煤矿井下瓦斯治理除工艺因素外，还包括对瓦斯的监测与管理。从整体考虑，在进行瓦斯治理时需要遵循“监测监控，调控结合，侧重堵放，综合治理”的原则。首先，在开采阶段的工艺设计，应以“放”为主，保证综采面内瓦斯含量达到标准以下。开采结束后，应以“堵”为主，保证瓦斯不泄露。其次，需要制定治理瓦斯的防控制度，对员工进行技术培训及考核，使员工能够根据规范进行正确操作和施工。然后，需要加强瓦斯含量监控，当某一区域出现异常时，能够有快速的报警响应。有条件的情况下，应对瓦斯抽采设备和通风设备也进行监控，随时知道设备的工作状态。最后是加强应急演练，当瓦斯含量突然增高时，需要让员工熟练的掌握应急措施和逃生方式，避免人员伤亡事故。

4 结语

矿井瓦斯治理是一个复杂而系统的工程，主要依靠瓦斯抽放系统配合通风系统进行治理。进行瓦斯抽放施工时，必须遵循钻孔和钻场的布置原则，充分重视钻孔、钻场的工艺设计。只有合理的工艺设计，才能从根本上改善矿井瓦斯治理效果。同时也要加强设备和人员管理，吸收先进的理论，更好地保障煤矿安全运行。