棗莊礦區(qū)瓦斯涌出異常區(qū)的治理對策研究
辛 嶺
（ 棗莊礦業(yè)集團(tuán)公司 通風(fēng)處，山東 棗莊 277012）
關(guān)鍵詞：瓦斯涌出異常區(qū)；成因；治理對策;技術(shù)措施
中圖號：TD325.2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A
1引言
近年來,全國瓦斯爆炸事故時有發(fā)生,給國家財產(chǎn)和人民生命安全造成巨大損失,在社會上造成很壞影響。國內(nèi)外統(tǒng)計資料表明高瓦斯礦井發(fā)生瓦斯爆炸事故的機(jī)率并不是很高，低瓦斯礦井的瓦斯涌出異常區(qū)（瓦斯涌出異常區(qū)：按照瓦斯相對涌出量和絕對涌出量屬于低瓦斯礦井，但在日常生產(chǎn)中瓦斯涌出量忽高忽低，瓦斯絕對涌出量偏大，局部區(qū)域瓦斯?jié)舛冉?jīng)常接近或超過《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定，給安全生產(chǎn)造成潛在威脅）卻時有瓦斯爆炸事故發(fā)生。究其原因，主要是高瓦斯礦井從管理人員到廣大職工非常重視瓦斯管理，裝備先進(jìn)，要求標(biāo)準(zhǔn)高，嚴(yán)格按規(guī)定操作，所以一般不會發(fā)生爆炸事故。與此相反，低瓦斯礦井職工特別是管理人員對瓦斯管理不到位，存有僥幸心理，安全年投入不足（說起來重要，干起來次要，忙起來不要），一旦局部瓦斯超限，就有可能發(fā)生瓦斯爆炸事故。
2 礦區(qū)概況
棗莊礦業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司共有11對礦井，均為低瓦斯礦井，其中付村煤業(yè)有限公司、田陳礦、柴里礦三對礦井有瓦斯涌出異常區(qū)。
2.1 付村煤業(yè)有限公司東二采區(qū)
2000年4月，該采區(qū)210綜采放頂煤工作面瓦斯涌出異常，涌出量偏高，在每年一度的礦井瓦斯等級鑒定中，被省局定為瓦斯異常區(qū)。2002年7月，3上215運(yùn)順掘進(jìn)期間瓦斯涌出量曾達(dá)到5.25m3/min；2002年12月，3上215工作面投產(chǎn)后，瓦斯絕對涌出量為5～5.5m3/min，工作面風(fēng)量為1100m3/min，回風(fēng)流中瓦斯?jié)舛葹?.5%左右，回風(fēng)隅角瓦斯?jié)舛冉?jīng)常處于1%左右。2001、2002年仍被省局定為瓦斯異常區(qū)。
2.2 田陳礦北三采區(qū)
在1999年10月掘進(jìn)304施工期間，發(fā)現(xiàn)炮眼中瓦斯?jié)舛群芨?，后?jīng)有關(guān)專家認(rèn)定，是受火成巖侵入影響所致。在后來的掘進(jìn)、采煤過程中又多次出現(xiàn)瓦斯涌出異常，多次被迫停頭、停面，2000、2001、2002年均被省局定為瓦斯異常區(qū)。
2.3 柴里礦233中部采區(qū)
2001年，在對采空區(qū)密閉內(nèi)進(jìn)行氣體檢查時，發(fā)現(xiàn)在采空區(qū)密閉內(nèi)存在CO氣體的同時，還存在高濃度的瓦斯，在2333工作面溜子道向2334采空區(qū)施工的鉆孔內(nèi)，瓦斯?jié)舛葹?.62%—11.3%，根據(jù)監(jiān)測結(jié)果和有關(guān)資料，認(rèn)定233采空區(qū)內(nèi)存在一個瓦斯異常區(qū)，范圍大致為2334、2335采空區(qū)及聯(lián)絡(luò)巷，據(jù)分析瓦斯涌出異常的主要原因是火區(qū)周圍煤巖體溫度升高，使原來殘存在煤巖體內(nèi)瓦斯解吸加快，導(dǎo)致瓦斯涌出量增加。2001、2002年均被省局定為瓦斯涌出異常區(qū)。
3 棗莊礦區(qū)低瓦斯礦井瓦斯涌出異常區(qū)的成因分析
3.1巖漿巖侵入
由于巖漿巖侵入的過程，是該區(qū)具有高溫高壓并攜帶一些熱液氣體，促使煤層變質(zhì)程度加深，產(chǎn)生新的CH4氣體，巖墻本身作為一個非透氣墻，阻止了氣體外逸，因此形成了CH4富集區(qū)。
3.2斷層
大部分?jǐn)鄬臃忾]性好，對瓦斯的釋通、排放條件差，落差較大的斷層伴生構(gòu)造因受斷層形成時的應(yīng)力破壞，自身比較破碎，微孔隙、節(jié)理、裂隙發(fā)育，為瓦斯提供了賴以賦存的空間，形成了伴生構(gòu)造復(fù)雜區(qū)域的瓦斯富集區(qū)，一旦受采動影響或放炮振動，瓦斯會迅速向外運(yùn)移、釋放，形成瓦斯涌出異常區(qū)。
3.3采空區(qū)
棗莊礦區(qū)開采的三層煤，中間有0～20m厚的夾矸，分為3上、3下兩層，開采順序一般是先采3上煤后采3下煤，3上煤采完后，采空區(qū)積存大量瓦斯。當(dāng)3下煤層的采煤工作面開采時，隨著頂板初次垮落，大量瓦斯涌出。如2002年元月，集團(tuán)公司所屬付村煤業(yè)有限責(zé)任公司的3下212面和2002年11月3下203面頂板初次垮落，工作面瓦斯絕對涌出量達(dá)到15～19m3/min,工作面回風(fēng)流中瓦斯?jié)舛冗_(dá)到2.2%,分別造成工作面停產(chǎn)30和42小時。
4 瓦斯治理技術(shù)
棗莊礦區(qū)是一個具有較長開采歷史的老礦區(qū)，許多礦井都面臨資源枯竭的問題，經(jīng)濟(jì)上比較困難。我們根據(jù)棗莊礦區(qū)的生產(chǎn)地質(zhì)條件和經(jīng)濟(jì)狀況，本著“保障生產(chǎn)、消除隱患、全面治理、突出預(yù)防、點面結(jié)合、注重實效”的原則，通過認(rèn)真調(diào)查研究掌握了礦區(qū)內(nèi)瓦斯涌出異常區(qū)的基本情況，在高等院校和專業(yè)科研院所的幫助下，在長期的瓦斯涌出異常區(qū)的管理工作中，逐步形成了一套簡單可行有效、實用有效的治理技術(shù)體系。
4.1均壓通風(fēng)技術(shù)
均壓通風(fēng)技術(shù)適用于“孤島”采煤工作面。為減少采空區(qū)瓦斯涌出，在采煤工作面回風(fēng)巷構(gòu)筑調(diào)節(jié)風(fēng)門調(diào)節(jié)風(fēng)量，通過回風(fēng)巷增阻升壓，達(dá)到抑制采空區(qū)瓦斯涌出的目的。調(diào)壓的幅度要進(jìn)行事先預(yù)測,為了克服調(diào)壓的盲目性,應(yīng)事先進(jìn)行阻力測定,并繪出壓力分布圖,通過分析計算,確定出合理的調(diào)節(jié)值。一般控制與鄰近采空區(qū)的壓差在10Pa為宜。礦井通風(fēng)系統(tǒng)是一個受多因素影響的動態(tài)系統(tǒng)。嚴(yán)格地說,絕對或長期平衡是不現(xiàn)實的。只能作到盡量減小壓差,達(dá)到暫時平衡，由于采空區(qū)與采面的壓力關(guān)系隨采面的推進(jìn)而不斷變化,相對平衡可能演變?yōu)樾碌牟黄胶?。因?要定期進(jìn)行均壓狀態(tài)測定,當(dāng)系統(tǒng)或風(fēng)量發(fā)生變化時,應(yīng)及時進(jìn)行風(fēng)壓調(diào)正。
4.2抽排回風(fēng)隅角瓦斯
根據(jù)采面開采的特殊性，把回風(fēng)順槽靠近采空區(qū)的最后一排切頂柱定為分界線，往里為采空區(qū)，往外到與采面風(fēng)流交匯處的范圍內(nèi)定為采面回風(fēng)隅角。以U型通風(fēng)為例，瓦斯易于在回風(fēng)隅角形成渦流區(qū)。在實驗室的條件下，對回風(fēng)隅角的風(fēng)流進(jìn)行的科學(xué)研究，發(fā)現(xiàn)回風(fēng)隅角易發(fā)生瓦斯積聚或超限與其風(fēng)流狀況有密切關(guān)系，如圖1。
從圖1中可以看出，風(fēng)流轉(zhuǎn)彎時，在隅角處（ADE）形成渦流，風(fēng)流轉(zhuǎn)彎后在內(nèi)邊壁也形成渦流區(qū)，一般X≤1.2d，風(fēng)速分布變異長度L隨摩擦阻力系數(shù)的增大而減少，對于工字鋼支護(hù)和錨網(wǎng)支護(hù)巷道，L為（8-10）d，當(dāng)然，對于實際采煤面開采時，影響回風(fēng)隅角瓦斯涌出的因素還很多，但可以確定采空區(qū)瓦斯是回風(fēng)隅角瓦斯的主要來源。 一季度 二季度 三季度 四季度 合計 1999 17 11 14 12 54 2001 11 10 7 8 36 2002 5 4 4 2 15
在瓦斯涌出異常區(qū)，遇到最多的問題就是采煤工作面回風(fēng)隅角瓦斯?jié)舛瘸?。最有效的治理方法就是在回風(fēng)巷中安設(shè)抽排風(fēng)機(jī)，通常的做法是在距工作面煤壁60～80m處安設(shè)FSD2×18.5kw對旋抽壓式局部通風(fēng)機(jī)，在風(fēng)機(jī)吸風(fēng)側(cè)安裝使用可縮剛性風(fēng)筒，將風(fēng)筒吸風(fēng)口延至上隅角切頂柱之間頂板下0.5m處，排風(fēng)側(cè)安裝使用普通柔性風(fēng)筒，將抽排的瓦斯直接引入采區(qū)回風(fēng)巷中，并在吸風(fēng)側(cè)風(fēng)筒內(nèi)與排風(fēng)側(cè)風(fēng)流匯合處安設(shè)甲烷傳感器，調(diào)節(jié)抽排風(fēng)機(jī)吸風(fēng)量，使抽排風(fēng)筒內(nèi)風(fēng)流中瓦斯?jié)舛炔怀^3%，排風(fēng)側(cè)風(fēng)流匯合處瓦斯?jié)舛炔怀^1%。
4.3合理加大風(fēng)量，降低瓦斯?jié)舛?BR>4.3.1采煤工作面
當(dāng)采煤工作面初次放頂和周期來壓時，由于頂板垮落，采空區(qū)瓦斯（包括本面已采區(qū)、上分層已采區(qū)、上層煤已采區(qū)）大量涌出時，可以通過合理加大工作面風(fēng)量稀釋瓦斯，并把瓦斯盡快排走。最大風(fēng)量以工作面風(fēng)速不超過4m/s為限，一般可達(dá)到1500～1800m3/min，同時要加強(qiáng)工作面的綜合防塵工作，確?；仫L(fēng)流中煤塵不超限。
4.3.2掘進(jìn)工作面
當(dāng)掘進(jìn)工作面遇到地質(zhì)變化時，瓦斯涌出量會突然增大，此時，為確保正常的安全生產(chǎn)，可采用的雙風(fēng)機(jī)供風(fēng)，使掘進(jìn)工作面風(fēng)量達(dá)到400～800m3/min，最大風(fēng)量以掘進(jìn)巷道風(fēng)速不超過4m/s為限。同時要加強(qiáng)掘進(jìn)工作面的綜合防塵工作，防止回風(fēng)流中煤塵超限。
4.4設(shè)置導(dǎo)風(fēng)簾
為降低回風(fēng)隅角瓦斯?jié)舛龋捎蔑L(fēng)筒布等材料在工作面中安設(shè)一道斜簾子，把經(jīng)過工作面的風(fēng)量盡可能多地引向回風(fēng)隅角，沖淡瓦斯，確保回風(fēng)隅角瓦斯?jié)舛炔怀蕖?BR>4.5安設(shè)安全監(jiān)控系統(tǒng)
對礦井所有采掘工作面和其它一些重要地點安設(shè)瓦斯傳感器，并具有斷電功能，當(dāng)某點瓦斯?jié)舛瘸迺r，能自動報警并斷電，確保不發(fā)生瓦斯爆炸事故。地面中心站主機(jī)內(nèi)設(shè)有語言報警裝置，當(dāng)瓦斯超限時，發(fā)出語音報警提示，根據(jù)需要，中心站也可手動控制斷電或復(fù)電。
4.6雙風(fēng)機(jī)、雙電源、自動切換分風(fēng)
對瓦斯涌出異常區(qū)，局部通風(fēng)管理難度最大。為提高局部通風(fēng)的可靠性，近年來我們在部分礦井采用雙風(fēng)機(jī)、雙電源，通過JDQB——2J局部通風(fēng)機(jī)雙電源自動切換裝置（無錫吉安防爆電器廠）實現(xiàn)自動切換，大大提高了局部通風(fēng)機(jī)的可靠性。即安裝兩臺局部通風(fēng)機(jī)，兩路電源，一臺運(yùn)轉(zhuǎn)，一臺備用。檔其中一臺因故停風(fēng)時，另一臺會在5分鐘之內(nèi)自動啟動。當(dāng)故障消除后，會自動切換到另一臺風(fēng)機(jī)。
4.7布置鉆孔預(yù)抽排瓦斯
為掌握瓦斯治理的主動性，對采空區(qū)或地質(zhì)構(gòu)造帶積存的高濃度瓦斯，可以提前布置鉆孔，利用瓦斯抽排泵抽排瓦斯，把瓦斯?jié)舛瘸榕艓О踩€以下，確保今后采掘活動的安全可靠。
5治理效果
我們推行上述技術(shù)措施以后，棗莊礦區(qū)瓦斯涌出異常區(qū)的安全狀況明顯好轉(zhuǎn)，瓦斯超限的地點和次數(shù)大幅下降，杜絕了瓦斯爆炸事故的發(fā)生，瓦斯治理效果非常明顯，如表1、圖2所示。
表1 瓦斯涌出異常區(qū)瓦斯超限次數(shù)表
Tab. 1 The times of gas exceeded restricting of gas abnormal effusing area
6結(jié)論
瓦斯涌出異常區(qū)給礦井安全生產(chǎn)帶來了嚴(yán)重威脅，但是，只要我們對瓦斯涌出異常區(qū)的安全工作給與充分重視，因地制宜采取相應(yīng)措施并實施到位，完全可以對其進(jìn)行有效控制，保障生產(chǎn)全順利地進(jìn)行。
實踐證明，我們通過研究制定的上述方法、對策是有效的、可行的，對瓦斯涌出異常區(qū)的有效治理具有較高的借鑒意義。
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