枣庄矿区瓦斯涌出异常区的治理对策研究

　　1引言
　　近年来,全国瓦斯爆炸事故时有发生,给国家财产和人民生命安全造成巨大损失,在社会上造成很坏影响。国内外统计资料表明高瓦斯矿井发生瓦斯爆炸事故的机率并不是很高，低瓦斯矿井的瓦斯涌出异常区（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）却时有瓦斯爆炸事故发生。究其原因，主要是高瓦斯矿井从管理人员到广大职工非常重视瓦斯管理，装备先进，要求标准高，严格按规定操作，所以一般不会发生爆炸事故。与此相反，低瓦斯矿井职工特别是管理人员对瓦斯管理不到位，存有侥幸心理，安全年投入不足（说起来重要，干起来次要，忙起来不要），一旦局部瓦斯超限，就有可能发生瓦斯爆炸事故。
　　2矿区概况
　　枣庄矿业（集团）有限责任公司共有11对矿井，均为低瓦斯矿井，其中付村煤业有限公司、田陈矿、柴里矿三对矿井有瓦斯涌出异常区。
　　2.1付村煤业有限公司东二采区
　　2000年4月，该采区210综采放顶煤工作面瓦斯涌出异常，涌出量偏高，在每年一度的矿井瓦斯等级鉴定中，被省局定为瓦斯异常区。2002年7月，3上215运顺掘进期间瓦斯涌出量曾达到5.25m3/min；2002年12月，3上215工作面投产后，瓦斯绝对涌出量为5～5.5m3/min，工作面风量为1100m3/min，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。2001、2002年仍被省局定为瓦斯异常区。
　　2.2田陈矿北三采区
　　在1999年10月掘进304施工期间，发现炮眼中瓦斯浓度很高，后经有关专家认定，是受火成岩侵入影响所致。在后来的掘进、采煤过程中又多次出现瓦斯涌出异常，多次被迫停头、停面，2000、2001、2002年均被省局定为瓦斯异常区。
　　2.3柴里矿233中部采区
　　2001年，在对采空区密闭内进行气体检查时，发现在采空区密闭内存在CO气体的同时，还存在高浓度的瓦斯，在2333工作面溜子道向2334采空区施工的钻孔内，瓦斯浓度为1.62%—11.3%，根据监测结果和有关资料，认定233采空区内存在一个瓦斯异常区，范围大致为2334、2335采空区及联络巷，据分析瓦斯涌出异常的主要原因是火区周围煤岩体温度升高，使原来残存在煤岩体内瓦斯解吸加快，导致瓦斯涌出量增加。2001、2002年均被省局定为瓦斯涌出异常区。
　　3枣庄矿区低瓦斯矿井瓦斯涌出异常区的成因分析
　　3.1岩浆岩侵入
　　由于岩浆岩侵入的过程，是该区具有高温高压并携带一些热液气体，促使煤层变质程度加深，产生新的CH4气体，岩墙本身作为一个非透气墙，阻止了气体外逸，因此形成了CH4富集区。
　　3.2断层
　　大部分断层封闭性好，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，形成了伴生构造复杂区域的瓦斯富集区，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。
　　3.3采空区
　　枣庄矿区开采的三层煤，中间有0～20m厚的夹矸，分为3上、3下两层，开采顺序一般是先采3上煤后采3下煤，3上煤采完后，采空区积存大量瓦斯。当3下煤层的采煤工作面开采时，随着顶板初次垮落，大量瓦斯涌出。如2002年元月，集团公司所属付村煤业有限责任公司的3下212面和2002年11月3下203面顶板初次垮落，工作面瓦斯绝对涌出量达到15～19m3/min,工作面回风流中瓦斯浓度达到2.2%,分别造成工作面停产30和42小时。
　　4瓦斯治理技术
　　枣庄矿区是一个具有较长开采历史的老矿区，许多矿井都面临资源枯竭的问题，经济上比较困难。我们根据枣庄矿区的生产地质条件和经济状况，本着“保障生产、消除隐患、全面治理、突出预防、点面结合、注重实效”的原则，通过认真调查研究掌握了矿区内瓦斯涌出异常区的基本情况，在高等院校和专业科研院所的帮助下，在长期的瓦斯涌出异常区的管理工作中，逐步形成了一套简单可行有效、实用有效的治理技术体系。
　　4.1均压通风技术
　　均压通风技术适用于“孤岛”采煤工作面。为减少采空区瓦斯涌出，在采煤工作面回风巷构筑调节风门调节风量，通过回风巷增阻升压，达到抑制采空区瓦斯涌出的目的。调压的幅度要进行事先预测,为了克服调压的盲目性,应事先进行阻力测定,并绘出压力分布图,通过分析计算,确定出合理的调节值。一般控制与邻近采空区的压差在10Pa为宜。矿井通风系统是一个受多因素影响的动态系统。严格地说,绝对或长期平衡是不现实的。只能作到尽量减小压差,达到暂时平衡，由于采空区与采面的压力关系随采面的推进而不断变化,相对平衡可能演变为新的不平衡。因此,要定期进行均压状态测定,当系统或风量发生变化时,应及时进行风压调正。
　　4.2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。以U型通风为例，瓦斯易于在回风隅角形成涡流区。在实验室的条件下，对回风隅角的风流进行的科学研究，发现回风隅角易发生瓦斯积聚或超限与其风流状况有密切关系，如图1。
　　
　　
　　
　　从图1中可以看出，风流转弯时，在隅角处（ADE）形成涡流，风流转弯后在内边壁也形成涡流区，一般X≤1.2d，风速分布变异长度L随摩擦阻力系数的增大而减少，对于工字钢支护和锚网支护巷道，L为（8-10）d，当然，对于实际采煤面开采时，影响回风隅角瓦斯涌出的因素还很多，但可以确定采空区瓦斯是回风隅角瓦斯的主要来源。
　　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，通常的做法是在距工作面煤壁60～80m处安设FSD2×18.5kw对旋抽压式局部通风机，在风机吸风侧安装使用可缩刚性风筒，将风筒吸风口延至上隅角切顶柱之间顶板下0.5m处，排风侧安装使用普通柔性风筒，将抽排的瓦斯直接引入采区回风巷中，并在吸风侧风筒内与排风侧风流汇合处安设甲烷传感器，调节抽排风机吸风量，使抽排风筒内风流中瓦斯浓度不超过3%，排风侧风流汇合处瓦斯浓度不超过1%。
　　4.3合理加大风量，降低瓦斯浓度
　　4.3.1采煤工作面
　　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、上分层已采区、上层煤已采区）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。
　　4.3.2掘进工作面
　　当掘进工作面遇到地质变化时，瓦斯涌出量会突然增大，此时，为确保正常的安全生产，可采用的双风机供风，使掘进工作面风量达到400～800m3/min，最大风量以掘进巷道风速不超过4m/s为限。同时要加强掘进工作面的综合防尘工作，防止回风流中煤尘超限。
　　4.4设置导风帘
　　为降低回风隅角瓦斯浓度，可用风筒布等材料在工作面中安设一道斜帘子，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。
　　4.5安设安全监控系统
　　对矿井所有采掘工作面和其它一些重要地点安设瓦斯传感器，并具有断电功能，当某点瓦斯浓度超限时，能自动报警并断电，确保不发生瓦斯爆炸事故。地面中心站主机内设有语言报警装置，当瓦斯超限时，发出语音报警提示，根据需要，中心站也可手动控制断电或复电。
　　4.6双风机、双电源、自动切换分风
　　对瓦斯涌出异常区，局部通风管理难度最大。为提高局部通风的可靠性，近年来我们在部分矿井采用双风机、双电源，通过JDQB——2J局部通风机双电源自动切换装置（无锡吉安防爆电器厂）实现自动切换，大大提高了局部通风机的可靠性。即安装两台局部通风机，两路电源，一台运转，一台备用。档其中一台因故停风时，另一台会在5分钟之内自动启动。当故障消除后，会自动切换到另一台风机。
　　4.7布置钻孔预抽排瓦斯
　　为掌握瓦斯治理的主动性，对采空区或地质构造带积存的高浓度瓦斯，可以提前布置钻孔，利用瓦斯抽排泵抽排瓦斯，把瓦斯浓度抽排带安全线以下，确保今后采掘活动的安全可靠。
　　5治理效果
　　我们推行上述技术措施以后，枣庄矿区瓦斯涌出异常区的安全状况明显好转，瓦斯超限的地点和次数大幅下降，杜绝了瓦斯爆炸事故的发生，瓦斯治理效果非常明显，如表1、图2所示。

　　
　　表1瓦斯涌出异常区瓦斯超限次数表
　　Tab.1Thetimesofgasexceededrestrictingofgasabnormaleffusingarea
　　

	一季度	二季度	三季度	四季度	合计
1999	17	11	14	12	54
2001	11	10	7	8	36
2002	5	4	4	2	15

　　6结论
　　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，保障生产全顺利地进行。
　　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。