棗莊礦區瓦斯湧出異常區的治理對策研究
辛 嶺
（ 棗莊礦業集團公司 通風處，山東 棗莊 277012）
關鍵詞：瓦斯湧出異常區；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 02manbetx.com 時有發生,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。國內外統計資料表明高瓦斯礦井發生瓦斯爆炸 02manbetx.com 的機率並不是很高，低瓦斯礦井的瓦斯湧出異常區（瓦斯湧出異常區：按照瓦斯相對湧出量和絕對湧出量屬於低瓦斯礦井，但在日常生產中瓦斯湧出量忽高忽低，瓦斯絕對湧出量偏大，局部區域瓦斯濃度經常接近或超過《 煤礦 安全 01manbetx 》規定，給 安全生產造成潛在威脅）卻時有瓦斯爆炸事故發生。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，嚴格按規定操作，所以一般不會發生爆炸事故。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，幹起來次要，忙起來不要），一旦局部瓦斯超限，就有可能發生瓦斯爆炸事故。
2 礦區概況
棗莊礦業（集團）有限責任公司共有11對礦井，均為低瓦斯礦井，其中付村煤業有限公司、田陳礦、柴裏礦三對礦井有瓦斯湧出異常區。
2.1 付村煤業有限公司東二采區
2000年4月，該采區210綜采放頂煤工作麵瓦斯湧出異常，湧出量偏高，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。2002年7月，3上215運順掘進期間瓦斯湧出量曾達到5.25m3/min；2002年12月，3上215工作麵投產後，瓦斯絕對湧出量為5～5.5m3/min，工作麵風量為1100m3/min，回風流中瓦斯濃度為0.5%左右，回風隅角瓦斯濃度經常處於1%左右。2001、2002年仍被省局定為瓦斯異常區。
2.2 田陳礦北三采區
在1999年10月掘進304施工期間，發現炮眼中瓦斯濃度很高，後經有關專家認定，是受火成岩侵入影響所致。在後來的掘進、采煤過程中又多次出現瓦斯湧出異常，多次被迫停頭、停麵，2000、2001、2002年均被省局定為瓦斯異常區。
2.3 柴裏礦233中部采區
2001年，在對采空區密閉內進行氣體檢查時，發現在采空區密閉內存在CO氣體的同時，還存在高濃度的瓦斯，在2333工作麵溜子道向2334采空區施工的鑽孔內，瓦斯濃度為1.62%—11.3%，根據監測結果和有關資料，認定233采空區內存在一個瓦斯異常區，範圍大致為2334、2335采空區及聯絡巷，據 03manbetx 瓦斯湧出異常的主要原因是火區周圍煤岩體溫度升高，使原來殘存在煤岩體內瓦斯解吸加快，導致瓦斯湧出量增加。2001、2002年均被省局定為瓦斯湧出異常區。
3 棗莊礦區低瓦斯礦井瓦斯湧出異常區的成因03manbetx
3.1岩漿岩侵入
由於岩漿岩侵入的過程，是該區具有高溫高壓並攜帶一些熱液氣體，促使煤層變質程度加深，產生新的CH4氣體，岩牆本身作為一個非透氣牆，阻止了氣體外逸，因此形成了CH4富集區。
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、節理、裂隙發育，為瓦斯提供了賴以賦存的空間，形成了伴生構造複雜區域的瓦斯富集區，一旦受采動影響或放炮振動，瓦斯會迅速向外運移、釋放，形成瓦斯湧出異常區。
3.3采空區
棗莊礦區開采的三層煤，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上煤後采3下煤，3上煤采完後，采空區積存大量瓦斯。當3下煤層的采煤工作麵開采時，隨著頂板初次垮落，大量瓦斯湧出。如2002年元月，集團公司所屬付村煤業有限責任公司的3下212麵和2002年11月3下203麵頂板初次垮落，工作麵瓦斯絕對湧出量達到15～19m3/min,工作麵回風流中瓦斯濃度達到2.2%,分別造成工作麵停產30和42小時。
4 瓦斯治理技術
棗莊礦區是一個具有較長開采曆史的老礦區，許多礦井都麵臨資源枯竭的問題，經濟上比較困難。我們根據棗莊礦區的生產地質條件和經濟狀況，本著“保障生產、消除隱患、全麵治理、突出預防、點麵結合、注重實效”的原則，通過認真調查研究掌握了礦區內瓦斯湧出異常區的基本情況，在高等院校和專業科研院所的幫助下，在長期的瓦斯湧出異常區的管理工作中，逐步形成了一套簡單可行有效、實用有效的治理技術體係。
4.1均壓通風技術
均壓通風技術適用於“孤島”采煤工作麵。為減少采空區瓦斯湧出，在采煤工作麵回風巷構築調節風門調節風量，通過回風巷增阻升壓，達到抑製采空區瓦斯湧出的目的。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,並繪出壓力分布圖,通過 03manbetx 計算,確定出合理的調節值。一般控製與鄰近采空區的壓差在10Pa為宜。礦井通風係統是一個受多因素影響的動態係統。嚴格地說,絕對或長期平衡是不現實的。隻能作到盡量減小壓差,達到暫時平衡，由於采空區與采麵的壓力關係隨采麵的推進而不斷變化,相對平衡可能演變為新的不平衡。因此,要定期進行均壓狀態測定,當係統或風量發生變化時,應及時進行風壓調正。
4.2抽排回風隅角瓦斯
根據采麵開采的特殊性，把回風順槽靠近采空區的最後一排切頂柱定為分界線，往裏為采空區，往外到與采麵風流交彙處的範圍內定為采麵回風隅角。以U型通風為例，瓦斯易於在回風隅角形成渦流區。在實驗室的條件下，對回風隅角的風流進行的科學研究，發現回風隅角易發生瓦斯積聚或超限與其風流狀況有密切關係，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，風流轉彎後在內邊壁也形成渦流區，一般X≤1.2d，風速分布變異長度L隨摩擦阻力係數的增大而減少，對於工字鋼支護和錨網支護巷道，L為（8-10）d，當然，對於實際采煤麵開采時，影響回風隅角瓦斯湧出的因素還很多，但可以確定采空區瓦斯是回風隅角瓦斯的主要來源。
在瓦斯湧出異常區，遇到最多的問題就是采煤工作麵回風隅角瓦斯濃度超限。最有效的治理方法就是在回風巷中安設抽排風機，通常的做法是在距工作麵煤壁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回風巷中，並在吸風側風筒內與排風側風流彙合處安設甲烷傳感器，調節抽排風機吸風量，使抽排風筒內風流中瓦斯濃度不超過3%，排風側風流彙合處瓦斯濃度不超過1%。
4.3合理加大風量，降低瓦斯濃度
4.3.1采煤工作麵
當采煤工作麵初次放頂和周期來壓時，由於頂板垮落，采空區瓦斯（包括本麵已采區、上分層已采區、上層煤已采區）大量湧出時，可以通過合理加大工作麵風量稀釋瓦斯，並把瓦斯盡快排走。最大風量以工作麵風速不超過4m/s為限，一般可達到1500～1800m3/min，同時要加強工作麵的綜合防塵工作，確保回風流中煤塵不超限。
4.3.2掘進工作麵
當掘進工作麵遇到地質變化時，瓦斯湧出量會突然增大，此時，為確保正常的安全生產，可采用的雙風機供風，使掘進工作麵風量達到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麵的綜合防塵工作，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濃度，可用風筒布等材料在工作麵中安設一道斜簾子，把經過工作麵的風量盡可能多地引向回風隅角，衝淡瓦斯，確保回風隅角瓦斯濃度不超限。
4.5安設安全監控係統
對礦井所有采掘工作麵和其它一些重要地點安設瓦斯傳感器，並具有斷電功能，當某點瓦斯濃度超限時，能自動報警並斷電，確保不發生瓦斯爆炸事故。地麵中心站主機內設有語言報警裝置，當瓦斯超限時，發出語音報警提示，根據需要，中心站也可手動控製斷電或複電。
4.6雙風機、雙電源、自動切換分風
對瓦斯湧出異常區，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。即安裝兩台局部通風機，兩路電源，一台運轉，一台備用。檔其中一台因故停風時，另一台會在5分鍾之內自動啟動。當故障消除後，會自動切換到另一台風機。
4.7布置鑽孔預抽排瓦斯
為掌握瓦斯治理的主動性，對采空區或地質構造帶積存的高濃度瓦斯，可以提前布置鑽孔，利用瓦斯抽排泵抽排瓦斯，把瓦斯濃度抽排帶安全線以下，確保今後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後，棗莊礦區瓦斯湧出異常區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生，瓦斯治理效果非常明顯，如表1、圖2所示。
表1 瓦斯湧出異常區瓦斯超限次數表
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
瓦斯湧出異常區給礦井安全生產帶來了嚴重威脅，但是，隻要我們對瓦斯湧出異常區的安全工作給與充分重視，因地製宜采取相應措施並實施到位，完全可以對其進行有效控製，保障生產全順利地進行。
實踐證明，我們通過研究製定的上述方法、對策是有效的、可行的，對瓦斯湧出異常區的有效治理具有較高的借鑒意義。
參考文獻:
[1]張國樞等,通風安全學，中國礦業大學出版社，2000；
[2]俞啟香，礦井瓦斯防治，中國礦業大學出版社，1992；
[3]鄒忠友，大直徑鑽孔抽放瓦斯技術的研究，煤礦安全，1997（10）；
[4]王魁軍，提高本煤層瓦斯抽放的新方法，煤礦安全，1996（7）
[5]張國樞，礦井實用通風技術，煤炭工業出版社，1992。
