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)集團公司 通風處，山東 棗莊 277012）

摘要：國內外統(tǒng)計資料表明，高瓦斯礦井發(fā)生瓦斯爆炸事故的機率并不是很高，低瓦斯礦井的瓦斯涌出異常區(qū)卻時有瓦斯爆炸事故發(fā)生。本文根據棗莊礦區(qū)低瓦斯礦井的瓦斯涌出異常區(qū)的實際情況，從低瓦斯礦井的瓦斯涌出異常區(qū)的成因著手分析，詳細地探討了低瓦斯礦井的瓦斯涌出異常區(qū)的治理對策。實踐證明，本文提出的方法、對策既簡單可行、又實用有效，對于其它礦區(qū)的瓦斯涌出異常區(qū)的有效治理具有較高的借鑒意義。
關鍵詞：瓦斯涌出異常區(qū)；成因；治理對策;技術措施
中圖號：TD325.2 文獻標識碼：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。國內外統(tǒng)計資料表明高瓦斯礦井發(fā)生瓦斯爆炸事故的機率并不是很高，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)舛冉洺＝咏虺^《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定，給安全生產造成潛在威脅）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，要求標準高，嚴格按規(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）有限責任公司共有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運順掘進期間瓦斯涌出量曾達到5.25m3/min；2002年12月，3上215工作面投產后，瓦斯絕對涌出量為5～5.5m3/min，工作面風量為1100m3/min，回風流中瓦斯?jié)舛葹?.5%左右，回風隅角瓦斯?jié)舛冉洺Ｌ幱?%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304施工期間，發(fā)現炮眼中瓦斯?jié)舛群芨?，后經有關專家認定，是受火成巖侵入影響所致。在后來的掘進、采煤過程中又多次出現瓦斯涌出異常，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)密閉內進行氣體檢查時，發(fā)現在采空區(qū)密閉內存在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，瓦斯?jié)舛葹?.62%—11.3%，根據監(jiān)測結果和有關資料，認定233采空區(qū)內存在一個瓦斯異常區(qū)，范圍大致為2334、2335采空區(qū)及聯絡巷，據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瓦斯解吸加快，導致瓦斯涌出量增加。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，促使煤層變質程度加深，產生新的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
大部分斷層封閉性好，對瓦斯的釋通、排放條件差，落差較大的斷層伴生構造因受斷層形成時的應力破壞，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，形成了伴生構造復雜區(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，集團公司所屬付村煤業(yè)有限責任公司的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到15～19m3/min,工作面回風流中瓦斯?jié)舛冗_到2.2%,分別造成工作面停產30和42小時。
4 瓦斯治理技術
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，經濟上比較困難。我們根據棗莊礦區(qū)的生產地質條件和經濟狀況，本著“保障生產、消除隱患、全面治理、突出預防、點面結合、注重實效”的原則，通過認真調查研究掌握了礦區(qū)內瓦斯涌出異常區(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體系。
4.1均壓通風技術
均壓通風技術適用于“孤島”采煤工作面。為減少采空區(qū)瓦斯涌出，在采煤工作面回風巷構筑調節(jié)風門調節(jié)風量，通過回風巷增阻升壓，達到抑制采空區(qū)瓦斯涌出的目的。調壓的幅度要進行事先預測,為了克服調壓的盲目性,應事先進行阻力測定,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。礦井通風系統(tǒng)是一個受多因素影響的動態(tài)系統(tǒng)。嚴格地說,絕對或長期平衡是不現實的。只能作到盡量減小壓差,達到暫時平衡，由于采空區(qū)與采面的壓力關系隨采面的推進而不斷變化,相對平衡可能演變?yōu)樾碌牟黄胶?。因?要定期進行均壓狀態(tài)測定,當系統(tǒng)或風量發(fā)生變化時,應及時進行風壓調正。
4.2抽排回風隅角瓦斯
根據采面開采的特殊性，把回風順槽靠近采空區(qū)的最后一排切頂柱定為分界線，往里為采空區(qū)，往外到與采面風流交匯處的范圍內定為采面回風隅角。以U型通風為例，瓦斯易于在回風隅角形成渦流區(qū)。在實驗室的條件下，對回風隅角的風流進行的科學研究，發(fā)現回風隅角易發(fā)生瓦斯積聚或超限與其風流狀況有密切關系，如圖1。

從圖1中可以看出，風流轉彎時，在隅角處（ADE）形成渦流，風流轉彎后在內邊壁也形成渦流區(qū)，一般X≤1.2d，風速分布變異長度L隨摩擦阻力系數的增大而減少，對于工字鋼支護和錨網支護巷道，L為（8-10）d，當然，對于實際采煤面開采時，影響回風隅角瓦斯涌出的因素還很多，但可以確定采空區(qū)瓦斯是回風隅角瓦斯的主要來源。
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隅角瓦斯?jié)舛瘸蕖Ｗ钣行У闹卫矸椒ň褪窃诨仫L巷中安設抽排風機，通常的做法是在距工作面煤壁60～80m處安設FSD2×18.5kw對旋抽壓式局部通風機，在風機吸風側安裝使用可縮剛性風筒，將風筒吸風口延至上隅角切頂柱之間頂板下0.5m處，排風側安裝使用普通柔性風筒，將抽排的瓦斯直接引入采區(qū)回風巷中，并在吸風側風筒內與排風側風流匯合處安設甲烷傳感器，調節(jié)抽排風機吸風量，使抽排風筒內風流中瓦斯?jié)舛炔怀^3%，排風側風流匯合處瓦斯?jié)舛炔怀^1%。
4.3合理加大風量，降低瓦斯?jié)舛?BR>4.3.1采煤工作面
當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量稀釋瓦斯，并把瓦斯盡快排走。最大風量以工作面風速不超過4m/s為限，一般可達到1500～1800m³/min，同時要加強工作面的綜合防塵工作，確?；仫L流中煤塵不超限。
4.3.2掘進工作面
當掘進工作面遇到地質變化時，瓦斯涌出量會突然增大，此時，為確保正常的安全生產，可采用的雙風機供風，使掘進工作面風量達到400～800m³/min，最大風量以掘進巷道風速不超過4m/s為限。同時要加強掘進工作面的綜合防塵工作，防止回風流中煤塵超限。
4.4設置導風簾
為降低回風隅角瓦斯?jié)舛?，可用風筒布等材料在工作面中安設一道斜簾子，把經過工作面的風量盡可能多地引向回風隅角，沖淡瓦斯，確?；仫L隅角瓦斯?jié)舛炔怀蕖?BR>4.5安設安全監(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瓦斯傳感器，并具有斷電功能，當某點瓦斯?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。地面中心站主機內設有語言報警裝置，當瓦斯超限時，發(fā)出語音報警提示，根據需要，中心站也可手動控制斷電或復電。
4.6雙風機、雙電源、自動切換分風
對瓦斯涌出異常區(qū)，局部通風管理難度最大。為提高局部通風的可靠性，近年來我們在部分礦井采用雙風機、雙電源，通過JDQB——2J局部通風機雙電源自動切換裝置（無錫吉安防爆電器廠）實現自動切換，大大提高了局部通風機的可靠性。即安裝兩臺局部通風機，兩路電源，一臺運轉，一臺備用。檔其中一臺因故停風時，另一臺會在5分鐘之內自動啟動。當故障消除后，會自動切換到另一臺風機。
4.7布置鉆孔預抽排瓦斯
為掌握瓦斯治理的主動性，對采空區(qū)或地質構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，瓦斯超限的地點和次數大幅下降，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)瓦斯超限次數表
Tab. 1 The times of gas exceeded restricting of gas abnormal effusing area

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

6結論
瓦斯涌出異常區(qū)給礦井安全生產帶來了嚴重威脅，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，因地制宜采取相應措施并實施到位，完全可以對其進行有效控制，保障生產全順利地進行。
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。
參考文獻:
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