分析综采工作面瓦斯治理技术

2023-02-16

引言

瓦斯爆炸事故是煤矿事故中造成社会影响和经济损失最严重的一种事故，对近些年来发生的煤矿事故进行分析发现，瓦斯事故在其中占有很大比重，因此死亡人数也有很多，而且发现近年来我国瓦斯爆炸事故的发生概率呈现上升趋势，严重影响了煤矿生产和人们的生命安全，也对周围环境产生一定的危害。因此，降低瓦斯事故在采煤生产中的发生概率，是保障煤矿安全的重要环节，同时也是保障社会经济效益和人民生命安全的重要举措。特别在综采工作面，瓦斯事故的发生会对煤矿采煤提升生产效率、经济效益以及扩大采煤规模等方面产生较大的阻碍，为确保综采工作面的生产正常有效进行，必须采取一些方法和措施避免和降低瓦斯事故带来的危害。

1. 瓦斯涌出的主要特征

工作面采场空间是瓦斯涌出比较集中的重点区域，瓦斯涌出受到影响的主要因素是煤的瓦斯含量、采场工作面生产技术参数和采场风量的配比等，而相关研究显示，采场空间的风速对风流瓦斯浓度的影响在不同区域是十分不均衡的，在沿着采场倾向上，一般都是随着工作面的延伸瓦斯浓度越来越高，其中工作面隅角是瓦斯积聚超限以及高瓦斯浓度的区域。正常情况下的进风侧，瓦斯浓度一般在0.01%～0.03%范围内，而回风侧的瓦斯浓度一般较高，在0.23%～1.18%之间。由于沿着采场倾向的顺风流的综采工作面会不断扩大，导致上隅角区域的瓦斯会不断积聚甚至会出现浓度超限。总的来说，瓦斯涌出浓度过高甚至产生爆炸的最主要原因是在综采工作面上，瓦斯浓度的上升是由不同的因素导致的，其中主要来源包括采空区、运煤、落煤以及煤壁。下图1是采煤工作面的瓦斯分部图。

采空区的瓦斯涌出主要是顶底板破碎的煤岩石的遗留;在采煤工作面的运煤、落煤以及煤壁的瓦斯涌出原因是在采煤过程中会不断地暴露出新的煤壁，而矿山压力下的综采工作面前方的煤体处于卸压地带，提升了煤层的透气系数和性能，最终导致综采工作面的瓦斯浓度不断上升，在运煤、落煤和煤壁中，煤壁瓦斯涌出量在整个综采工作面的瓦斯涌出量中占60%，是致使瓦斯涌出量最多的因素。然而，这些因素产生的瓦斯涌出基本都与生产技术和条件有很大关系，生产技术越先进，煤的生产量越多，瓦斯涌出量也会随之不断增加。

2. 综采工作面瓦斯治理的技术性措施

(1)吊挂风障

采空区的新风能够将大量的瓦斯带走，而新风进入采空区的通道是综采工作面架子间的空隙以及综采工作面的下隅角，从而会使瓦斯浓度不断上升，为了防止瓦斯浓度超限，可以采取在下隅角吊挂风障的方式阻绝综采工作面与下隅角之间的通道，如图2所示。具体的吊挂位置是机头部位到液压支架外侧，全断面的风障的长度需要在30～40米之间。下隅角与综采工作面的通风隔断避免了因新风进入采空区使瓦斯超限。

(2)瓦斯抽放

对机械化程度较强的采煤工作面来说，瓦斯抽放是一种十分有效的解决瓦斯超限问题的方法，这种方法同样适用于瓦斯浓度不是很高但采煤产量很高的综采工作面，虽然生产量高的综采工作面的瓦斯浓度不是很高，但是采煤产量高的综采工作面的瓦斯涌出量较大，只通过通风的方式很难高效率地降低工作面的瓦斯浓度。瓦斯抽放在采煤产量较高的工作面的具体实施方法是通过在顶板裂隙设置的终孔中抽取煤壁中的瓦斯，为了不使抽放管道中的瓦斯浓度过高，可以在采空区的顶板裂隙上布置一定数量范围的终孔，能在一定程度上提高抽放瓦斯的效率。通过这种方法降低工作面的瓦斯涌出量，能够有效地避免出现瓦斯超限。

(3)利用相邻区段采空区

相邻区采段采空区可以作为工作面上隅角的瓦斯通道，借助于其自身具备的自然负压，降低工作面上隅角的瓦斯浓度。例如，在综采工作面的回采过程中利用有排放口将瓦斯排放，可以保证排放口的流量、体积分数以及瓦斯涌出量在可控范围内，能够有效提升综采工作面的采煤安全性和生产效率。

(4)利用仰角钻场

利用仰角钻场的方式治理综采工作面瓦斯问题的主要实施方法是：在综采工作面上进行钻场施工，每间隔35米的巷道施工一次，每个钻场要设置10～14个钻孔，以便抽放上隅角上方裂隙中的瓦斯气体，一般设置的终孔高度为25～30米，孔长为70～90米，同时要距离回风巷有15～40米。裂隙中所有的钻孔都需要使用地面泵抽排管路抽放综采工作面上的瓦斯。以2BE3-420-2BY4这个型号的地面泵为例，其额定流量是110立方米/分钟，测量发现后经由地面抽排泵排出的瓦斯量有7立方米/分钟，占总共瓦斯涌出量的30%。通过仰角钻孔的抽放的方式抽放瓦斯，能够十分有效地解决上隅角瓦斯浓度过高的问题。例如下图是钻孔抽放钻孔的布置图。

(5)改进通风系统

采空区中存储的瓦斯本身具有一定的瓦斯压力，虽然相对较小，但是，是煤层中的瓦斯所不具备的特征，当没有风流场对采空区中的瓦斯作用时，瓦斯释放时就要借助于扩散作用朝着综采工作面的风流。采空区的风流场和其中存储的瓦斯量是影响综采工作面瓦斯涌出的最主要因素。在综采工作面涌出的瓦斯受采空区风流场的影响和作用十分显著，采空区的风流速越高快，将会带走更多的瓦斯量。“三进一回”的通风方式能够很好地改善传统综采工作面通风方式的不足，对改造目前煤矿采掘中使用的通风方式有非常重要的意义。“三进一回”通风方式具体的实施步骤是沿着采煤工作面的详细走向进行顺向布置，回采过程中，与相邻区段工作面形成相对有利的通风条件，将传统的“Y”型通风方式(如下图4所示)改造成更加安全有效的顺向的“三进一回”通风系统。这种“三进一回”的通风系统的应用不但能够大幅度地降低综采工作面的瓦斯含量，还能控制工作面上隅角的瓦斯浓度，对保证工作人员的安全和综采工作面的正常运行非常有帮助。

3. 结论

综上所述，随着近年来我国对煤矿资源的需求量不断上升，煤矿资源的开采规模越来越大，煤矿事故受到社会和国家的高度关注。在煤矿的开采生产过程中，瓦斯事故是煤矿事故中最常见、发生概率比较大，并且对社会稳定有较大影响的一种事故。瓦斯事故一旦发生，不但会严重影响整个煤矿的生产进程，还会对每一位工作人员生命安全造成极大的威胁。针对这种情况，相关专业人员要明确在综采工作面的瓦斯涌出的来源和主要特征，积极采取合理、有效的瓦斯治理技术方法和措施，利用现代开采技术不断完善煤矿的开采和生产流程，从根源上避免瓦斯爆炸的事故发生，对保证综采工作面的正常采掘过程有十分重要的意义。

摘要：随着我国科学技术水平的不断提升，传统的机械化煤矿采掘技术在持续更新，现代化的采煤技术也不断应用到实际的煤矿工作中去，煤矿的生产能力得到巨大提升，工程进度也随之加快，我国煤矿开采水平取得了一定的成绩，但是在煤矿作业中也遇到了一些问题，其中最严重的一项问题就是瓦斯问题，煤矿作业下瓦斯的灾害主要是爆炸、突出以及窒息三种形式，不但会对煤矿开采的进度产生影响，更甚的是，会严重威胁工作人员的生命安全，带来极坏的社会影响。本文通过分析瓦斯在综采工作面涌出时的特征，谈论并探究了综采工作面瓦斯治理技术常见的几种措施，希望能为保障煤矿采掘更加安全提供参考。

关键词：综采工作面,瓦斯,治理技术,分析