低瓦斯矿井瓦斯异常区的治理技术
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作者: 周磊 孙学峰 杨剑 郑焕群
摘要：本文从济宁三号煤矿五采区瓦斯异常区的成因分析，提出了瓦斯异常区回风隅角的瓦斯治理技术，对防止瓦斯事故的发生，保证矿井安全生产有重要的意义。
关键词：低瓦斯矿井 瓦斯异常区 瓦斯治理 回风隅角
济宁三号煤矿在2010年矿井瓦斯等级鉴定中，被省局定为低瓦斯矿井、五采区为瓦斯异常区(瓦斯涌出异常区：按照瓦斯相对涌出量和绝对涌出量属于低瓦斯矿井，但在日常生产中瓦斯涌出量忽高忽低，瓦斯绝对涌出量偏大，局部区域瓦斯浓度经常接近或超过《煤矿安全规程》规定，给安全生产造成潜在威胁)。2011年1月，53下09综放工作面开始生产，回风流中瓦斯浓度为0.5％左右，回风隅角瓦斯浓度经常处于1％左右。
1、瓦斯涌出异常区的成因分析：
1.1断层
回采范围内巷道掘进过程中共揭露断层点12处，最大落差4.5m。其中对生产影响较大的断层有FEl6、FE25、FE28、FE30、FE31分别发育在该工作面的西北部及南部，落差分别为2.5m、3.5m、2.6m、3.0m、4.5m，受断层影响煤岩裂隙发育，完整性差。对瓦斯的释通、排放条件差，落差较大的断层伴生构造因受断层形成时的应力破坏，自身比较破碎，微孔隙、节理、裂隙发育，为瓦斯提供了赖以赋存的空间，一旦受采动影响或放炮振动，瓦斯会迅速向外运移、释放，形成瓦斯涌出异常区。
1.2采空区
53下09综放工作面煤3下厚1.90～11.00m，平均厚度为7.33m，该工作面北部煤层倾角较大，最大至10°一般煤层倾角为3～5°，该工作面大部分区域3下煤有分层或含夹矸(上部夹矸厚0～3.90m，平均厚度为0.37m，岩性为泥岩；下部夹矸厚0～7.80m，平均厚度为2.19m，岩性为泥岩及粉砂岩)。3下煤第一上分层：厚度为0.40～4.80m，平均厚度2.05m 3下煤第二上分层：厚度为0.5～2.10m,平均厚度1.35m。当3下煤层的采煤工作面开采时，随着顶板初次垮落，照成瓦斯涌出，形成瓦斯异常区。
2、瓦斯治理技术
2.1抽排回风隅角瓦斯
根据采面开采的特殊性，把回风顺槽靠近采空区的最后一排切顶柱定为分界线，往里为采空区，往外到与采面风流交汇处的范围内定为采面回风隅角。工作面为u型通风，瓦斯易于在回风隅角形成涡流，采空区瓦斯是回风隅角瓦斯的主要来源。在53下09胶顺(回风顺槽)破碎机上方距离工作面北帮20m处并排安设两台11Kw的抽排风机(一台主用，一台备用)，并实现双风机双电源；同时在53下09辅顺电站再备用一台抽排风机。在主用抽排风机吸风侧安装φ600mm的负压风筒，将风筒吸风口延至上隅角切顶柱之间顶板下0.5m处，并在吸风侧风筒内与排风侧风流汇合处安设甲烷传感器。
2.2设置挡风帘及导风帘
为降低回风隅角瓦斯浓度，防止瓦斯积聚，把经过工作面的风量尽可能多地引向回风隅角，冲淡瓦斯，确保回风隅角瓦斯浓度不超限。因此，在53下09新增辅顺进风隅角设置挡风帘(减少向采空区的漏风，防止回风隅角瓦斯积聚)，在53下09胶顺回风隅角设置导风帘(冲淡稀释瓦斯，降低瓦斯浓度)。
2.3合理增大工作面风量
53下09综放工作面回采初期的配风量按《53下09综放工作面作业规程》计算为：
Q采=60×V×s×K长
=60×1.7×9.5×1.3
=1259.7m3/min
式中：V-采煤工作面的合适风速，取1.7m/s；
s-综放工作面平均有效通风断面积取9.5m2；
K长-工作面面长调整系数，取1.3。
随工作面的回采，结合工作面的气体浓度情况，并考虑53下09工作面防治瓦斯、自然发火和工作面防尘、降温等综合因素，最终确定通过调节53下05(南)胶顺的调节风门，将53下09工作面的配风量控制在Q采=1482m3/min(V取2.0m/s)。通过合理加大工作面的风量，有效的稀释了回风隅角的瓦斯，并尽快的把瓦斯排走；同时加强了工作面的综合防尘工作，杜绝煤尘堆积。
2.4加强瓦斯检查、监测
(1)工作面设专职瓦斯检查员携带光干涉甲烷测定器、CO便携仪(或CO检定管)、瓦斯氧气两用仪检查瓦斯，每隔2～4小时检查一次，每班至少检查三次，并及时向通风调度汇报。
(2)在53下09胶顺回风隅角处预埋2路束管，一路束管由回风隅角引至地面束管监测系统，利用束管监测系统对53下09胶顺回风隅角进行时时监测；一路由采空区引出150m，工作面每推进10m对束管掐断，进行人工取样，做色谱分析。每7天对53下09胶顺回风隅角及回风流进行人工取样，做色谱分析；并将人工取样化验结果与束管系统监测结果进行对比。
(3)安设瓦斯传感器，并具有自动断电功能，当某点瓦斯浓度超限时，能自动报警并断电，传感器的设置见表一。
(4)工作面的跟班人员(包括区队长、技术员)、各班组长、电钳工、采煤机司机必须携带便携式瓦斯检测报警仪，班组长将便携式瓦斯检测仪悬挂于53下09综放工作面回风隅角，采煤机开机时司机随身携带便携式瓦斯检测仪，停机检修时将便携式瓦斯检测仪放在采煤机上对53下09综放工作面瓦斯进行监测。
2.5加强职工的教育培训，明确各自的职责：
首先提高职工的思想认识，充分认识到瓦斯异常区的危害，牢固树立安全第一的思想意识，杜绝松懈麻癖的思想。对于束管、安全监控系统、抽排风机、挡风帘及导风帘、综合防尘等的管理作了明确的规定，完善了各自的职责。
3、关键技术及创新点
在现有“u”型通风条件下的低瓦斯矿井，回风隅角的瓦斯涌出是整个工作面瓦斯涌出量的重要组成部分。分析归纳了工作面回风隅角瓦斯积聚的以下几个方面的特点：
(1)由于工作面是上行通风，采空区的瓦斯沿倾斜向上移动，而回风隅角又是采空区的瓦斯漏向工作面的主要出口。
(2)工作面采空区及上、下矸石带，由于充填不严实或因为压力缘故而破碎形成裂缝漏风，将采空区瓦斯带至回风隅角。
(3)由于顶板突然来压，大面积垮落，顶底板裂缝中涌出大量瓦斯汇于采空区，由于挤压作用将采空区内大量高浓度瓦斯压出，由工作面风流和采空区漏风带到回风隅角。
(4)工作面上端风流为直角拐弯，回风隅角处的风流易形成涡流，且风流流速较低，加之瓦斯比重轻，在回风隅角处易发生积聚。
在瓦斯涌出异常区，遇到最多的问题就是采煤工作面回风隅角瓦斯浓度超限。最有效的治理方法就是在回风巷中安设抽排风机。我们在53下09胶顺破碎机上方距离工作面北帮20m处并排安设两台11Kw的抽排风机(一台主用，一台备用)，并实现双风机双电源；同时在53下09辅顺电站再备用一台抽排风机。充分保证了抽排风机的完好可靠。
当采煤工作面初次放顶和周期来压时，由于顶板垮落，采空区瓦斯(包括本面已采区、邻近已采区)大量涌出时，可以通过合理加大工作面风量稀释瓦斯，并把瓦斯尽快排走。最大风量以工作面风速不超过4m/s为限，一般可达到1500～1800m3/min，同时要加强工作面的综合防尘工作，确保回风流中煤尘不超限。
4、应用情况
我们推行上述技术治理方法以后，济宁三号煤矿五采区瓦斯涌出异常区的安全状况明显好转，瓦斯治理效果非常明显，如表二所示。
实践证明，我们通过研究制定的上述方法、对策是有效的、可行的，对瓦斯涌出异常区的有效治理具有较高的借鉴意义。瓦斯涌出异常区给矿井安全生产带来了严重威胁，但是，只要我们对瓦斯涌出异常区的安全工作给与充分重视，因地制宜采取相应措施并实施到位，完全可以对其进行有效控制，保障安全生产顺利地进行。
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