关键词：高瓦斯矿井煤巷；掘进瓦斯涌出影响因素；防治；
随着开采水平的延深，煤层的瓦斯压力和瓦斯含量随之增大，矿井瓦斯等级升高，低瓦斯矿井变为高瓦斯矿井，高瓦斯矿井变为突出矿井。同时，随着采煤机械化程度的提高，推进速度加快，掘进巷道瓦斯涌出量急剧增加，经常造成瓦斯浓度超限。一旦瓦斯超限，就必须停止掘进，采取瓦斯抽采措施，这影响了掘进生产的正常进行，成为制约大型煤矿采掘失调的主要原因。
一、综掘煤巷瓦斯涌出特征
瓦斯预测是瓦斯防治的重要技术环节。由于机械化掘进强度大、速度快, 综掘工作面瓦斯涌出独具特征, 其主要体现在:1)与炮掘工作面相比, 掘进速度加快, 绝对瓦斯涌出量增大。由于综掘与炮掘工艺不同, 前者比后者掘进速度快得多, 煤层瓦斯释放速度加快, 而稀释的时间又不像炮掘那样充分, 因此, 工作面绝对瓦斯涌出量明显增加。2)瓦斯涌出的不均匀性相对减小。综掘工作面的综掘工序有明显的连续性, 瓦斯涌出量尽管有波动, 但与炮掘工作面相比, 不均匀性相对下降。3)相对瓦斯涌出量减小。综掘工作面掘进速度快, 落煤与运煤是流水线作业, 加之机械落煤的粒度分布均匀, 使存在于落煤中的吸附瓦斯未待充分解吸就随着运输机很快地被运出工作面,使煤产量增加的倍数大于瓦斯涌出量增加的倍数。4)绝对瓦斯涌出量增大。由于综掘工作面机械设备较多, 人员相对也多, 空间小;而掘进速度加快, 落煤量增加, 绝对瓦斯涌出量相应增大。5）沿采空区掘进的煤巷综掘工作面，由于裂隙导通掘进巷道与采空区，造成采空区瓦斯涌出掘进巷道，也会导致掘进巷道内瓦斯浓度升高。
二、高瓦斯矿井煤巷掘进瓦斯涌出影响因素
1.煤巷掘进瓦斯涌出量统计。回风流中的瓦斯涌出量在前期增加较快，后期逐渐变缓，当巷道掘进后，在一个稳定值附近小幅波动，增幅逐渐变小，此时巷道进尺出现这种现象，主要是由于在巷道掘进过程中，巷道周围煤层中的瓦斯压力平衡状态不断遭到破坏，瓦斯压力重新分布，煤层渗透性增加，卸压带内的瓦斯在压力梯度作用下沿煤体裂隙向巷道涌出。该工作面采用综合机械化掘进，其掘进速度快，支护稳定，巷帮震动破坏程度小，在较短的时间内巷道帮瓦斯排放达到极限。巷道煤壁瓦斯涌出强度随时间延长降低，理论上煤壁释放过程是无限的，但实际上经历一定暴露时间后，连续掘进长度达到一定数值，巷道瓦斯涌出量趋于稳定值。所以在巷道达到一定的长度时，回风流中瓦斯涌出量会趋于一个稳定值。在工作面掘进速度13 m/d 的情况下, 实测回风顺槽掘进工作面瓦斯涌出稳定值对应长度根据实测的钻孔流量数据，得出煤壁瓦斯涌出强度随时间变化的函数。
2.掘进工作面瓦斯涌出量构成分析。顺层钻孔煤层纵向瓦斯流动的影响由于受到顶底板的限制，影响范围有限，相对于沿煤层走向的瓦斯流动小得多。结合现场条件，钻孔煤体受采动影响时，破坏原来的平衡状态，当煤层透气性好、衰减较慢时，瓦斯流场不断向内部延伸，容易造成瓦斯超限。在达到新的平衡后，瓦斯流场范围保持恒定，煤壁瓦斯涌出量的大小仅取决于流场范围内吸附态瓦斯向游离态瓦斯的解吸程度，说明煤层透气性及衰减快慢对于煤壁瓦斯涌出有较大影响。掘进工作面瓦斯涌出量包括掘进时煤壁瓦斯涌出和落煤瓦斯涌出两部分。煤层的多孔隙和裂隙结构构成了气体流通的通道，煤壁瓦斯涌出强度取决于煤层瓦斯压力煤层的孔隙和裂隙结构，煤对瓦斯的吸附性能，以及空间条件。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆爆破落煤后，煤体内大量吸附瓦斯迅速转变为游离瓦斯释放，采落煤的瓦斯释放速度取决于煤体内的瓦斯含量、结构和粒度。粒度越小，瓦斯释放速度越快；反之，瓦斯释放速度越慢。回风顺槽掘进过程中，绝对瓦斯涌出量大的原因主要由煤壁瓦斯涌出量过大引起。
3.气相压裂后，掘进面前方煤体产生裂缝卸压，渗透性大幅度提高，地应力场和瓦斯压力场得以均化，割煤时瓦斯均匀涌出，不再出现瓦斯突然升高现象，进而实现连续快速掘进，这对其他巷道掘进或回采过程中瓦斯涌出异常问题的治理具有指导意义。双孔压裂后，掘进期间煤头平均瓦斯浓度高于单孔压裂后煤头的瓦斯平均浓度，主要原因是实施双孔压裂后，压裂的范围更大，压裂后产生的裂隙连通性更好，更有利于瓦斯的释放。同时，也发现双孔压裂后掘进期间瓦斯浓度有相对较大波动趋势，其主要是因为随着掘进进尺增加，钻孔深度加深，钻孔内使用压裂管的数量应随之增加。气相压裂后产生裂缝及扰动，煤层得到卸压，同时煤层裂缝之间连通，煤层渗透性大幅度提高，煤层中游离的瓦斯通过裂缝迅速向压裂钻孔方向渗流扩散到巷道中并最终平衡于大气压; 同时吸附瓦斯迅速解吸并与游离瓦斯压力场乃至钻孔大气压场平衡，最终形成了新生瓦斯压力场。因此在压裂期间瓦斯浓度会瞬间升高，出现一个短暂的峰值，然后下降，恢复平衡。
防治
1.均压法。均压法是通过构筑通风设施或改变设施位置来调整通风系统，改变采空区内瓦斯压力分布及流场。考虑到采空区防火工作的复杂性和重要性，均压法是控制采空区内瓦斯涌出优选方法。轨道顺槽及附近巷道工程平面图采用均压法时，运顺采空区的防火观测孔一直处于负压状态，确保轨顺巷道空气压力高于采空区气压，杜绝因大气气压变化造成采空区瓦斯向掘进巷道中涌出现象。
2.抽采法。采用均压法时，对轨道顺槽范围内掘进期间控制瓦斯涌出取得较好的效果。随着沿空掘巷距离的增加和瓦斯沿采空区涌出裂隙的增多，后期该方法治理瓦斯涌出的效果逐渐减弱。因此，充分利用轨顺封闭墙上预埋的Φ273mm 抽采管路，和北煤层回风上山采区抽采系统相连，对采空区进行抽采，降低了采空区内瓦斯涌出量，有效地控制了采空区瓦斯沿裂隙向采掘工作面的涌出。
3.喷注浆封堵法。由于沿空掘进巷道掘进过程中大部分瓦斯是从裂隙带向掘进空间涌入，对存在沿空片帮区、过断层、煤体破碎区等地点进行喷注浆，对裂隙起到一定封堵效果，延缓采空区瓦斯向巷道涌出速度，防止局部瓦斯积聚。采取均压法、抽采法及喷注浆的综合治理措施后，保证了掘进面的正常施工。在采取均压法、采空区抽采的方法时需注意以采用采空区抽采方法要加强防火检查和漏风源排查，避免产生采空区自然发火事故，平衡好瓦斯抽采与防火之间的关系；对于沿空过小硐室或断层时，还要采取喷注浆辅助措施，既能够封堵减缓瓦斯释放速度，也能够隔绝漏风通道，防止自然发火。
在巷道掘进至瓦斯带后，随着埋深增加，瓦斯含量增大。煤层透气性较好，掘进过程中，巷帮瓦斯通过煤层裂隙快速涌出，造成瓦斯超限。煤壁瓦斯涌出强度随时间延长降低，瓦斯涌出量增幅变缓，在一个稳定值附近小幅波动。双孔压裂后掘进过程中煤头瓦斯浓度高于单孔压裂后的瓦斯浓度，其主要原因是双孔压裂的作用范围更广，裂缝连通效果更好，更有利于瓦斯释放。
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论文作者:李少强
论文发表刊物:《工程管理前沿》2019年5卷12期
论文发表时间:2019/11/18
标签：瓦斯论文; 采空区论文; 巷道论文; 工作面论文; 煤层论文; 裂隙论文; 矿井论文; 《工程管理前沿》2019年5卷12期论文;