摘要：本文对高瓦斯矿井开采易自燃煤层时遇到的瓦斯与火的问题、抽放与注氮的关系、采取的治理方法、控制措施进行了论述，通过实践证明：开采近距离煤层时，只要措施得当，完全可以杜绝瓦斯与内因火灾事故的发生。
关键词：近距离煤层；瓦斯与火；防治
引言
煤峪口矿不仅是高瓦斯矿井，而且煤层为易自燃煤层，自燃发火期短，内因火灾隐患也较为严重，特别是在开采14#层时受上覆11、12#合并层采空区内瓦斯与火的影响非常大，通过采取瓦斯抽放、实施注氮、加快回采速度等措施，取得了良好效果，保证了开采安全。
1、煤层开采现状与要求
1.1煤层开采中瓦斯治理现状
我国是世界主产煤国之一，在采煤方式上95%属于地下开采。基于煤矿地质条件的复杂性，作业环境较为恶劣，很容易受到水、火、瓦斯等多种灾害威胁，在我国的煤矿事故中，瓦斯事故一直占据很大比例，且造成的死亡率极高，因此，有必要对煤矿瓦斯造成的危害及综合治理方案进行研究，为我国煤矿安全开采提供参考。随着人们对煤炭需求量的不断增加，在一定程度上提高了治理瓦斯的重要性。因此，应该不断研究与分析煤矿瓦斯治理的关键技术，进而保障矿工的生命安全，以此来有效提高煤矿的开采效率。下面针对治理瓦斯的重要性展开分析与讨论。瓦斯的主要成分是CH4，非常容易发生爆炸。根据相关统计数据来看，大多数瓦斯事故发生的主要原因都是由于瓦斯气体爆炸引起的。瓦斯气体一旦爆炸，其就会产生大量热量，这样不仅给采矿器械带来了严重的损害，而且还在一定程度上威胁了矿工的生命安全。此外，当瓦斯气体爆炸时，其还会产生巨大的冲击波，这些冲击波会不断冲击矿工和采矿器械，引起空气中的煤尘发生爆炸，严重威胁矿工的人身安全。瓦斯气体爆炸不仅会产生大量热量，而且还会产生有毒气体，导致矿工窒息，威胁矿工的生命安全。因此，瓦斯爆炸不仅给煤矿企业带来了巨大的经济损失，而且还在一定程度上威胁矿工的生命安全。因此，应该不断的对瓦斯隐患采取必要的解决措施，提高采矿人员工作的安全性。而随着经济快速发展及科技技术不断更新，治理瓦斯事故的技术越来越多。但是，由于很多矿井地质条件较为复杂，这样就在一定程度上给治理瓦斯事故的有效展开带来了难度。因此，在进行瓦斯治理活动时，不仅要依靠理论基础，而且还应结合矿井实际情况采取针对性措施，以此来有效提高煤炭开采的安全性。此外，还应加强对瓦斯的监控，保证控制瓦斯的浓度在安全范围内，从而有效促进相关煤矿开采活动的开展。
1.2开采要求
煤矿的采掘作业期间会经常出现各类突发和危险情况，造成煤矿开采以及生产工作的安全风险大为增加，很多风险因素都会发展成为安全事故，而主要的隐患和事故来源因素就是瓦斯的存在。瓦斯这种气体可能大多数人都听到过，但是我们普通人是很难接触到从地层中爆发而出的瓦斯气体，可是煤矿的采掘作业会经常遇到这种极为危险的气体，而且大多都是高浓度瓦斯，任何一点的火星都会引起剧烈的燃烧和爆炸，一旦引起瓦斯爆炸，就会造成大量人员伤亡。因此高瓦斯的煤矿对于采掘作业人员来讲是充满危险和隐患的艰巨工作，高浓度的瓦斯气体通常都会存在于煤矿的煤层之中，而且很难被探测到，即使探测出煤层中充斥了大量高浓度的瓦斯，也很难将其引发的隐患和风险排除掉。一旦开始采掘作业，瓦斯气体就会迅速窜出煤层和地层达到外界的采矿区环境中，不仅会造成安全性问题，而且会给矿井的整个环境造成污染和破坏，作业人员在这种极端危险和恶劣的环境中是很难开展持续性的采掘作业的。所以在遇到煤层中含有大量高浓度的瓦斯气体以后，一定要采取科学的举措将其安全的排除出煤层，防止其对矿井内的空气环境造成污染，以及防范火灾和爆炸等严重安全事故，确保作业人员的人身安全。
1.2、采掘过程中的爆破管理要求
放炮员严格执行《煤矿安全规程》和上级有关规定；具体负责本班炸药、雷管领退、存放、制作引药、定炮、连线、放炮和处理瞎炮等工作，并随身携带放炮器钥匙。本班安检员负责盯定炮、放炮全过程，监护放炮安全，负责保管放炮器闭锁钥匙。在火药峒室附近必须有灌水炮泥的水针和不小于一天用量的炮泥。炸药运送必须使用玻璃钢炸药箱装运，电雷管装在雷管盒内，并加锁，爆破材料运送到工作地点后，炸药雷管分别存放在木质或其它绝缘材料制成的专用火药箱内，火药箱内只准存放炸药，并加锁，严禁炸药与电雷管混放。不准任何人在存放火药箱的地点休息，更不准坐在火药箱上。在附近必须有灌水炮泥的水针和不小于一天用量的炮泥。
每次爆破作业前，爆破工必须做电爆网路全电阻检查（引爆前，把两条爆破母线用手指压在两个测量端子上，如测量灯亮说明各雷管线联结良好，否则会出现哑炮，应检查线路排除故障，测量合格后再起爆）。严禁用发爆器打火放电检测电爆网路是否导通。发爆器必须统一管理、发放。必须定期校验发爆器的各项性能参数，并进行防爆性能检查，不符合规定的严禁使用。爆破工必须最后离开爆破地点，并必须在安全地点起爆。起爆地点到最近装药地点的距离不小于50m。发爆器的把手、钥匙、必须由爆破工随身携带，严禁转交他人。不到爆破通电时，不得将把手或钥匙插入发爆器。爆破后，必须立即将把手或钥匙拔出，摘掉母线并扭结成短路。爆破前，脚线的连接工作可由经过专门训练的班组长协助爆破工进行。爆破母线连接脚线、检查线路和通电工作，只准爆破工一人操作。爆破前，班组长必须清点人数，确认无误后，方准下达起爆命令。爆破工接到起爆命令后，必须先发出爆破警号，至少再等5s，方可起爆。装药的炮眼应当班爆破完毕。特殊情况下，当班留有尚未爆破的装药的炮眼时，当班爆破工必须在现场向下一班爆破工交待清楚。爆破后，待工作面的炮烟被吹散，爆破工、瓦斯检查工和班组长必须首先巡视爆破地点，检查通风、瓦斯、煤尘、顶板、支护、拒爆、残爆等情况。
2工程概况
煤峪口矿410盘区近距离煤层开采，主要开采11、12#合并层及14#层，两层层间距1.5～14.8m；盘区为单翼布置，东西走向长约2080m，南北倾斜长1020m；由11、12#合并层揭露的煤层预测，沿14#层东西走向有一条宽约70～170m的断层。两层均由西向东开采，14#层工作面内错于11、12#合并层巷道布置，其中：11、12#合并层由西向东已采完8个工作面且盘区巷道已封闭，14#层正开采西部首采面。
2.1 瓦斯与火情况
2.1.1 瓦斯情况及来源分析
煤峪口矿为高瓦斯矿井，410盘区绝对瓦斯涌出量为13.32 m3/min。
11、12#合并层采用“U+Ⅱ”型通风方式，通风系统为“两进两回”，绝对瓦斯涌出量为8.55m3/min，由于上层无采空区，因此判断该盘区瓦斯主要来源于本层。
14#层采用“U”型通风方式，绝对瓦斯涌出量为4.77 m3/min，其中：本煤层瓦斯绝对涌出量为1.94m3/min，上覆层采空区绝对瓦斯涌出量为2.83m3/min；此外，14#层410盘区上覆层的11、12#合并层有8个工作面回采结束已封闭，通过对14#层410盘区81002工作面上覆层采空区内气体进行取样分析，瓦斯浓度在17.8～30.4%，瓦斯总积存量约为207925m3，因此判断14#层410盘区瓦斯主要来源于11、12#层410盘区。
2.2 内因火灾情况及发火分析
11、12#合并层与14#层煤层均具有爆炸性，煤层自燃倾向性等级为Ⅰ级，自燃倾向性性质为容易自燃；11、12#合并层最短自然发火期为38天，14#层最短自燃发火期为32天。
内因火灾发火隐患主要有：①采空区内遗煤充足，按100m内遗煤积存量计算，11、12#层采空区内约2.3万吨，14#层采空区内约有0.03万吨；②漏风通道通畅，由于煤层间距近，随着14#层的开采，两层采空区必然塌通形成漏风通道，特别是由14#层对上覆采空区抽放瓦斯，在上、下层采空区塌通后，更是形成了由14#层采空区→11、12#合并层采空区→抽放管路的漏风通道。③过断层时回采周期变长，在断层区煤层局部变薄为0.1～1.5m、长度约70m，开采困难、时间变长，不利于防火。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆
3 采取的技术措施
3.1 瓦斯治理措施
3.1.1对采准巷道进行抽放（即在回采之前事先掘出瓦斯巷道，因同时要考虑采煤工作需要，因此也叫采准巷道）：掘进巷道到位后或工作面形成通风系统在封闭区内铺设抽放管路，然后将其封闭，对上层采空区内通过断层联通区渗透、扩散到14#层巷道的瓦斯进行抽放，直到回采时为止。由于煤体卸压范围大，煤的暴露面积大，有利于本煤层及上覆层采空区的瓦斯释放，抽放效果较好。
3.1.2 回采期间对上覆层超前短抽：工作面开始准备回采前，在回风顺槽内每隔250m布置一组钻场，施工12～15个高位抽放孔，超前对本工作面上覆采空区内的瓦斯“预抽”，以减少上层采空区内瓦斯赋存量，降低两层塌通后上层采空区下泄的瓦斯浓度。
3.2 内因火灾防治措施
3.2.1 回采期间对采空区注氮：回采81002工作面时，在相邻工作面回风顺槽51004巷内铺设注氮管路，并由51004巷向11、12#层21002巷（采空区）打注氮孔，利用矿井注氮系统对11、12#层81002工作面采空区注氮。钻孔直径为108mm，首孔布置在14#层81002切巷0m，之后，每隔100m布置1个钻孔，采过75m时开始注氮。
3.2.2 采后对工作面系统灌浆：采空区封闭后，在封闭系统巷的密闭上留设灌浆孔，利用盘区灌浆系统对工作面与盘区煤柱形成的“三角”区域灌浆，以封堵通往采空区的内部漏风通道。
3.3控制措施
3.3.1 控制抽放范围：14#层81002工作面采高2m，回采工艺为普通机械化综采，月进度为150～200m，在开采前10天左右开始进行抽放，约抽放40天后倒钻场，抽放的范围约为150～200m。
3.3.2控制抽放浓度：为防止抽放管路内瓦斯因摩擦发生爆炸，抽放管路内的瓦斯浓度必须控制在3%以下，具体方法为：在抽放管路头端（连接抽放孔一侧）安装三通、阀门，开泵前先打开此外阀门，再依次打开抽放管节门，通过短路来控制抽放管路内的瓦斯浓度。
3.3.3 控制氮气注入量：按照综采面的产量、吨煤注氮量、瓦斯量、氧化带内抑制瓦斯爆炸的氧气浓度计算出实际需要注氮量，根据注氮防灭火要求，注氮必须连续且氮气浓度不得低于97%。
3.3.4控制注氮范围：根据注氮设计，当工作面采到75m时，即回采10天左右开始注氮，到倒钻场为止，注氮范围约175m，需倒2个注氮孔，有效注氮时间约25～30天，在最短自然发火期内。
3.3.5控制气体浓度：主要是对瓦斯、一氮化碳、氮气浓度的控制，上隅角瓦斯浓度必须控制在0.8%以下、抽放管路内的瓦斯浓度必须控制在3%以下；上隅角一氧化碳必须控制下24PPm以内、抽放管内一旦出现一氧化碳，就立即停止抽放；注氮管路中氮气浓度不得低于97%。
瓦斯、一氧化碳可通过调节抽放管路端头一侧的调节阀及抽放管路末端的减压节门来控制，氮气浓度可通过调节制氮机的浓度及流量来控制。
4、管理措施
4.1完善煤矿瓦斯治理的管理制度。若想最大程度的保障煤矿开采企业的安全作业，相关从业人员就应要建立健全瓦斯治理的管理制度。首先，工作人员要对煤矿开采中频发的问题进行及时的检查及处理，并通过实际工作的经验总结，再对检查制度进行不断的优化，以最大程度的提升瓦斯治理工作的质量。此外，工作人员还应对对瓦斯含量和压力值进行检查，要对煤矿中瓦斯的具体问题进行及时的处理，严格把控瓦斯含量，并使其要限定在标准范围内。因为通风质量的优劣会对瓦斯浓度产生重要影响，故而煤矿开采企业还应构建一个通风系统的管理制度，以有效的保障瓦斯抽放工作能够更为良好的进行。
4.2加强通风效率。若要想有效治理煤矿瓦斯的隐患问题，就要加强通风系统的运作效率，因为良好的通风系统是有效控制瓦斯含量的重要手段。工作人员要对通风系统进行定期的检查，若是发现通风系统出现故障，就要对其进行及时的修复，这样才能有效保证通风系统的正常运行。若是出现通风系统无法满足瓦斯排放的要求时，则需要请专业的设计人员对于通风系统进行重新的设计。
4.3做好放炮管理工作。一是煤矿深井爆破时应使用瞬发雷管或煤矿安全炸药，例如可以使用毫秒电雷管等，严禁使用变质、劣质炸药。二是在放炮前后，在放炮地点周围20m范围内要做好洒水降尘工作。三是放炮时严禁放糊炮，禁止明火放炮，严禁一次装药分次放炮。四是严格执行瓦斯检查制度，将工作面风流的瓦斯浓度控制在1%以内。五是每次实施放炮时，都需要严格执行“一炮三检”制度。
4.4培养煤矿瓦斯治理的专业人员。要全面提升施工人员自身的安全意识以及施工技术水平，且煤矿企业还要对一线工作人员进行素质考核，定期举行预防演戏，全面提升工作人员的应急处理能力，从而以最大程度的降低瓦斯爆炸事故的给煤矿企业带来的经济损失，并有效提高煤矿工人的自保能力。
4.5完善企业培训机制。完善的培训机制有助于企业整体水平的提升，所以，煤矿企业必须结合自身实际情况不断完善培训机制。企业应聘请专业人员对企业员工进行培训，或是将员工送往专业培训机构进行深造，促使企业员工的专业素质与技术水平得以提高，进而成为持证上岗的专职技术人员。企业还应定期对基层工作人员进行培训，将培训内容的重点放在安全生产和设备安全操作等方面，从而提高基层员的安全生产意识，帮助其树立正确使用与维护设备的观念，从而为设备的安全使用、正常运行提供可靠的保障。
4.6 建立设备维护检修制度。煤矿机械化采掘设备一旦投入使用，通常其运行时间极长，加上煤矿采掘环境恶劣，就导致煤矿机械化采掘设备在运行过程中难免会受到损坏，进而导致故障发生，所以，为了避免故障的发生，企业就必须做好设备维护检修，而建立设备维护检修制度，能够为设备维护检修工作的顺利进行及高效完成，奠定坚实的基础。做好设备维护检修工作应从以下几方面着手：一是设备维护检修人员必须充分熟悉设备的结构、工作原理，掌握设备维护检修知识，对设备运行中可能发生的故障采取相应的方法措施。二是结合日常煤矿生产情况以及采掘效率，定期对采掘设备进行检修，并合理制定点检细则，从而为设备的检修维护提供便利。三是若是设备出现故障预兆，则设备检修维护人员必须及时对设备进行检修，及时排除故障隐患，确保设备正常运行。
4.7加强设备节能管理。当前，大多数煤矿开采地区的供电方式都是采用固定式变电所，具有明显的缺点，供电距离远，终端电压损失大，无功损耗高，供电安全性缺乏保障。不仅容易在供电和用电方面造成电能过多浪费，还由于其安全系统低引发安全事故的机率很高。所以，企业必须加强设备节能管理。企业应针对设备运行能耗实际情况制定有效的设备节能管理措施。
5效果及结论
煤峪口矿在回采14#层410盘区81002工作面期间，一方面利用上述方法对对上覆11、12#合并层采空区内瓦斯超前短抽，81002工作面上隅角瓦斯浓度始终保持在1%以下、一氧化碳浓度在10PPm左右；另一方面对21006巷封闭后预抽，保证了其相邻巷道51008巷（距其40m）、51006巷（距其120m）过断层时，巷道内瓦斯始终保持在0.5%以下，效果较好。
结束语
通过综上所述，尽管抽放上覆采空区瓦斯与防灭火有矛盾，但是只要处理好抽放范围与注氮范围、氮气与氧气浓度、抽放距离与回采周期、注氮范围与最短自然发火期为的关系，完全可以达到既治理的瓦斯，又防止内因火灾发生的目的，从而实现矿井安全生产。
参考文献：
[1]孙俊.高瓦斯煤矿采掘过程中的通风技术分析及安全管理[J].技术与市场，2017（12）：101-103.
[2]武志远.高瓦斯矿井采掘工程中通风技术探析[J].能源与节能，2018（23）：422-423.
论文作者:张广福
论文发表刊物:《基层建设》2018年第32期
论文发表时间:2019/1/7
标签：瓦斯论文; 采空区论文; 煤层论文; 煤矿论文; 工作面论文; 浓度论文; 设备论文; 《基层建设》2018年第32期论文;