掘进工作面瓦斯超限原因分析与防治技术

掘进工作面瓦斯超限原因分析与防治技术

刘继林

南江煤电有限责任公司四川巴中636600

摘要：低瓦斯矿井，未建瓦斯抽采系统，随着开采深度的增加，掘进工作面放炮后，出现短时间内瓦斯超限现象。南江煤矿通过对煤层瓦斯含量、放炮后瓦斯涌出量的计算和分析，为解决瓦斯超限问题，采用大功率（2×22KW）局部通风机配大直径风筒（直径为800mm）通风技术，浅眼多循环，多次装药多次放炮，瓦斯排放孔排放瓦斯，控制煤层瓦斯少量均匀释放等综合技术，成功解决了放炮后瓦斯超限问题，实现了安全生产。

关键词：瓦斯；排放；通风；超限

1、矿井基本情况

南江煤矿开采须家河组Y2煤层，煤层厚度0.3－2.27m，平均厚度1.3m，平均倾角160，大部分可采，开采范围内无影响开采的断层和褶皱。煤的牌号为不粘结性贫煤，煤尘具有爆炸性，挥发份为16.58%，煤层自燃倾向性等级为Ⅲ类，属不易自燃煤层，煤层瓦斯压力为0.2－0.59MPa，煤层瓦斯含量5.399m3/t，煤层透气性系数为1.57m2/（MPa2.d），煤层的瓦斯放散初速度为16。2016年瓦斯等级鉴定结果矿井瓦斯相对了涌出量为4.52m3/t，绝对涌出量4.61m3/min。

矿井为平硐斜井开拓，中央分列式通风，回风井安装了两台同等能力的主要通风机，型号为FBCDZ-6-NO：18轴流式风机，配备电动机功率为2×132KW。矿井风量为3700m3/min，掘进工作面为压入式通风，各用风地点均实现了独立通风，没有不合理的串联通风。

2、瓦斯超限工作面情况

瓦斯超限工作面为16215掘进工作面，位于1621采区西翼，上邻16213工作面（已掘巷道，未回采），下部未开采。巷道性质为半煤岩巷，煤层厚度1.6－2.3m，煤层倾角8－220，掘进断面9.69m2，净断面8.82m2，锚网支护，钻眼爆破掘进，装碴机装岩，局部通风机压入式通风。

3、2017年2月份，16215平巷局部地点瓦斯超限情况见表一：

表一

4、瓦斯涌出特点分析

4.1瓦斯解吸速度快

煤层瓦斯压力是煤层孔隙中所含游离瓦斯呈现的压力，即瓦斯作用于孔隙壁的压力。煤层瓦斯压力是决定煤层瓦斯含量的一个主要因素，不论是煤中的游离瓦斯量，还是吸附瓦斯量，皆与瓦斯压力密切相关。当煤的孔隙率相同时，游离瓦斯量与与瓦斯压力成正比例；当煤的吸附瓦斯能力相同时，煤层瓦斯压力越高，煤的吸附瓦斯量越大。用间接法预测煤层瓦斯含量时，必需知道煤层瓦斯压力。在煤与瓦斯突出发生、发展过程中，瓦斯压力起着重大的作用，瓦斯压力是突出预测的主要指标之一。

2016年4月，煤炭科学技术研究院有限公司对南江煤电有限责任公司（南江煤矿）+163m水平Y2煤层瓦斯基础参数进行了测定，Y2煤层透气性系数为1.57m2/pa22.d，Y2煤层瓦斯放散初速度为16。掘进进入16215平巷瓦斯富含带，放炮后，煤体结构瞬间遭到破坏，煤体表面积大量增加，吸附瓦斯迅速解吸为游离瓦斯，释放到风流中，掘进工作面风流中瓦斯浓度迅速上升，达到超限值。如果停风，构成安全威胁。2017年3月7日，+163m水平变电所停电，局部通风机停运，在10分钟内，瓦斯浓度由0.19%上升到2%。

4.2放炮后瓦斯超限频繁，超限值不大

据统计，放炮后，短时间内瓦斯浓度大部分在0.6%－1.5%范围内。

5、瓦斯超限原因分析

5.1瓦斯地质原因

5.1.1瓦斯富含带

水洞井田南江煤矿，自1989年建矿竣工投产以来，发现了一条瓦斯富含带，上起+550m水平副平硐向东翼350m范围内，下延深到+163m水平底井车场向西翼1820m，呈扫帚形条带，在这个倾斜扫帚形条带上，煤层厚度在1.5－2.30m之间，在矿井开采范围内属厚煤层，煤层中间存在有0.4m左右的软分层。经测算，16215平巷在掘进过程中最大吨煤瓦斯涌出量6.077m3/t，较其他区域高，放炮时，瓦斯绝对涌出量达2.34m3/min。

5.1.2随开采深度的增加，瓦斯涌出量增加。

在开采+550m水平，+320m水平时，瓦斯异常涌出的区域较小，瓦斯超限次数少。瓦斯积聚达超限时间长，一般在30－60小时以上。进入到+163m水平时，超限次数频繁，瓦斯积聚达超限时间只2－3分钟。

5.1.3随开采规模的增加，瓦斯富含带的范围增加。

在开采+320m水平西翼3219工作面时，掘进和回采均出现瓦斯涌出偏高的现象，为了控制瓦斯超限，采取了放慢采煤机割煤速度，减少单位时间内瓦斯涌出量的方法遏制瓦斯超限。

5.2管理原因

在统计的21次瓦斯超限中，放炮超限19次，停电停风故障2次。从超限原因分析，放炮超限占90.47%，是防治瓦斯超限工作的重点，加强供电和设备管理，保障通风也是重要的工作。

6、防治瓦斯超限的思路

基于低瓦斯矿井瓦斯富含带中，煤层瓦斯含量不很大，仅放炮后或停电停风时，超限浓度值不高，超限时间短的特点，解决瓦斯超限思路是：

1.减少一次爆破煤量，从而减少瓦斯解吸量，降低风流中瓦斯浓度。

2.使瓦斯在一个工班时间内，分多次较均匀地涌出。

7、防治瓦斯超限的措施

瓦斯是煤矿五大灾害之一，是煤矿的重大威胁，防治瓦斯事故是安全工作的重中之重，南江煤矿从技术、施工工艺和劳动组织等方面进行了有益的探索。

7.1增加16215掘进工作面风量。

在掘进16215平巷初期，安装的是2×11KW局部通风机配直径600mm风筒，送风距离460m，工作面风量为126m3/min。放炮后，瓦斯最大绝对涌出量为1.33m3/min，工作面时有超限现象，瓦斯浓度在1.08－1.14%范围内。此巷道是+163m水平资源探巷，预计巷道长，可能达2000m及以上，随掘进长度的增加，瓦斯涌出量有增大的趋势。经计算，选择了大功率（2×22KW）局部通风机，配大直径风筒（直径800mm），送风距离1720m，出口风量315m3/min。

7.2减少一次爆破煤量和瓦斯解吸量。

煤层瓦斯含量在一定范围内是相对稳定的，因此，在低瓦斯矿井瓦斯富含带的煤层瓦斯含量亦相对稳定，对于一条掘进巷道，其断面确定后，一次爆破量的多少，取决于循环进度，16215平巷设计掘进断面9.69m2，净断面8.82m2，循环进度2.0m，实际循环进度1.9－2.2m，一次爆破煤量约25吨，解吸瓦斯量95m3，在短时间内涌出了大量瓦斯，风流中瓦斯浓度容易超限。鉴于放炮后频繁的瓦斯超限，实行了缩短循环进度，减少一次爆破煤量，降低瓦斯浓度的措施，取得了效果，效果见表二

表二

在碛头平面上，布置9个瓦斯排放钻孔，钻孔直径∮50mm，钻孔深度2.3m。

为充分发挥瓦斯排放钻孔的排放效果，合理利用排放时间，增加排放量，将三班制调整为两班作业，即早班7时上班，13时施工排放钻孔，中班19时上班，3时施工排放孔，两班之间排放钻孔排放瓦斯时间均有6个小时。

8、效果分析

低瓦斯矿井，进入瓦斯富含带采掘作业时，放炮后，瞬间暴露了大量煤炭，瓦斯迅速解释，工作面甲烷探头数据经常超过1%，采取增加风量，浅眼多循环，多次装药多次放炮和打排放瓦斯钻孔让煤层瓦斯少量均匀排出等综合技术，瓦斯浓度都降到0.75%以下，达到瓦斯零超限控制目标，仍未减少月进度。

9、结论

在低瓦斯矿井，瓦斯富含带掘进施工，采取让煤层中瓦斯少量均匀涌出综合防治技术，可取得良好效果。增加工作面风量是根本，控制瓦斯相对均匀释放是关键。

参考文献：

[1]掘进工作面瓦斯抽放系统的应用[J].张有喜.煤矿开采.2009（03）

[2]瓦斯抽放是确保煤矿安全高效生产的重要条件[J].刘向阳.化工之友.2006（07）

[3]浅谈煤矿井下局部通风机的管理[J].郭玉龙.机电信息.2012（15）

[4]瓦斯防治技术措施应用实践[J].王春海，许香元.煤炭与化工.2016（03）

[5]掘进工作面瓦斯综合治理技术[J].卢连宁，王广智.煤矿安全.2008（06）