张亚飞
河南神火煤电股份有限公司新庄煤矿，河南 永城 476600
摘要：煤炭资源在中国经济社会发展中占有重要位置，而瓦斯灾害是影响煤炭生产的主要灾害之一，对职工的安全及煤矿安全生产威胁最大。在高瓦斯巷道的掘进过程中，瓦斯浓度频频超限，仅靠通风方式难以降低掘进工作面的瓦斯浓度，必须采取合理的措施，否则将影响巷道的掘进速度。本文以某皮带巷为工程背景，通过对地质情况的分析以及对瓦斯涌出量的预测，研究掘进工作面瓦斯抽放方法，找到了一条确保巷道安全、高效、快速掘进的路径，而瓦斯抽放技术的应用从根本上解决了掘进巷道瓦斯集聚和超限问题，避免了瓦斯事故的发生。
关键词：高瓦斯；边掘边采；高效掘进；瓦斯抽采
1 导言
突出重点保安全，就是要突出重大事故预防，着力做好瓦斯综合治理工作。近年来，转变原来单纯的采掘平衡思路，提出了“防、抽、掘、采”的“大平衡”思路，通过超前布置、超前管控，实现矿井平衡发展。结合采掘衔接安排，确保瓦斯抽采达标区、瓦斯超前治理区、瓦斯衔接规划区“三区”合理转换，满足矿井衔接需要。
2 掘进工作面瓦斯治理区域划分
为了提升掘进效率，依据矿井采掘衔接，采取区域瓦斯治理措施（地面直井排采、底抽巷穿层钻孔预抽、相邻巷道超前预抽等）提前对涉及采掘活动区域进行瓦斯超前治理，促使巷道实现抽采达标。若区域瓦斯治理措施仍不能使掘进工作面抽采达标，需对掘进工作面继续采取瓦斯分级治理，根据掘进区域瓦斯含量、压力及工作面风排瓦斯量等参数，将掘进工作面划分成5个瓦斯治理区域进行分级管理。
另外，地质构造瓦斯异常区和瓦斯异常征兆区也按Ⅰ级瓦斯区域进行治理。其中，在煤巷掘进过程中，接近断层、陷落柱、褶曲、煤层坡度变化大于5°或煤层性质产状急变等地质构造区域时，瓦斯涌出异常或瓦斯含量突增0.5m3/t以上，则该地质构造前、后各30m为地质构造瓦斯异常区域；迈步钻场、掘进迎头施工钻孔及掘进过程中瓦斯异常涌出，造成瓦斯超限的，该迎头前方100m区域视为瓦斯异常征兆区。
3 掘进工作面瓦斯事故原因
3.1 采掘深度与开采强度不断增大
随着我国煤矿科技的发展，煤矿开采的机械化水平越来越高，综合机械化掘进已成为很多矿井主要采用的掘进方式。该掘进方式掘进强度大、掘进速度快、工作面落煤、装煤以及运煤连续性强，这样工作面易涌出大量瓦斯，瓦斯灾害事故也会越来越严重。同时，随着煤矿埋深的增大，煤层瓦斯含量也会增多。在矿井向深部开采发展的过程中，煤层压力也会越来越大，使得有效防治煤与瓦斯突出问题也会越来越难。
3.2 集约化开采程度越来越高
近年来，在煤矿开采强度及开采规模不断增大的同时，煤矿开采的机械化、集约化水平也越来越高。一些煤矿企业为获得更高的回采率，正在不断增大采区走向长度。掘进巷道内煤壁暴露面积越来越大，掘进作业中遇到的复杂问题也越来越多，工作面涌出瓦斯量不断增多，非常容易造成瓦斯超限，引发瓦斯爆炸事故。
3.3 瓦斯治理技术及通风设备跟不上
随着矿井开采年限的增加，矿井煤炭资源量不断减少，掘进巷道长度越来越长，巷道漏风量不断增多，通风阻力不断增大，这样到达掘进工作面的实际有效风量会越来越少。要想使掘进工作面获得更多的有效风量，需增大局部通风机的最大供风量，但对于供风量的增加受很多技术条件以及多方面因素的限制，一些大功率通风机只适合在部分矿区运用，使得瓦斯治理更加艰难。
4 掘进工作面瓦斯治理技术
某皮带巷按照地测科所放设中、腰线开口施工，巷道沿9号煤层顶板掘进，服务年限为4a，设计掘进平距2667.3m。局部通风机安装于一水平集中轨道巷距掘进开口30m处，开关安置于风机入风口前10m处，采用机械压入式通风。
矿井由QGD-315H型压风机组供风，经钻孔由8寸（1寸≈0.03m）高压管路送入井下，改由6寸高压管路引入西轨道巷，最后经3寸高压管路引入工作面各用风地点，掘进工作面迎头供风管路端头必须配备压力表。根据皮带巷用风设备需要进行计算，预计需风量约为12m3/min，供风压力为0.4～0.6MPa。
4.1 钻场及钻孔布置
在实际工作中，决定在掘进工作面施工两侧钻场布置抽采钻孔进行边掘边抽，即在采动影响下，由于围岩应力的重新分布，形成卸压区和应力集中区。在卸压区内煤层膨胀变形，透气系数大大增加，在钻场内沿巷道走向布置钻孔抽采瓦斯。工作面每掘进30m施工一个钻场，钻场在巷道两侧间隔施工。首先在巷道一帮施工1个钻场，掘进30m后在巷道另一帮施工钻场，依次交替施工。钻场规格长3.5m、深4m，高与掘进巷道相同。钻孔通过支软管与分管上的多通相连，软管的尺寸为Φ75mm，支管与其相连形成抽采系统。
4.2 瓦斯抽采施工设备及封孔
根据矿井工作面的实际情况，结合矿井现有设备，采取型号为ZQJ-150和ZQJC-1000/11.0S的2种钻机。钻孔封孔一般是指钻孔孔口管的固定方法。封孔应满足密封性好、操作方便和材料经济的要求。封孔质量直接影响瓦斯抽采效果和质量，是决定瓦斯抽采成败的一个重要环节。根据某皮带巷的实际情况，封孔时，结合围岩、抽采期情况，决定采用“两堵一注”的封孔工艺，封孔长度15m，钻孔封孔必须严密，不得有空隙。
封孔管选用直径为50mm、每根长为4m的双抗塑料管，将囊袋式封孔器固定在封孔管上，里部囊袋距封孔管前端0.5m，外部囊袋距钻孔口0.3m，封孔管路外露0.2m，用于连接钻孔，采用气动注浆泵将FKZY-1型无极封孔材料压入封孔器内，待有浆液溢出时停止。
4.3 抽采方式及设备选型
根据《瓦斯抽采管理规范》要求，非卸压煤层预抽瓦斯钻孔孔口抽采负压应大于13kPa，卸压煤层瓦斯钻孔孔口负压应大于5kPa。预抽的孔口抽采负压越大，抽采效果越好，故确定预抽时钻孔孔口抽采负压不小于13kPa。
某皮带巷具有地面瓦斯抽采泵站，泵站内安装有2BEC62型和2BEC80型水环式真空泵各4台，4台工作，4台备用。2BEC62型水环式真空泵配套电机功率为4500kW，极限绝压为16kPa，最大抽气量工况为386m3/min；2BEC80型水环式真空泵配套电机功率为1000kW，极限绝压为16kPa，最大抽气量标况为626m3/min。某皮带巷选用2台2BEC62型抽采泵，一用一备。
4.4 效果分析
对瓦斯抽采效果进行检验，然后对项目实施前后巷道内风流中瓦斯体积分数进行记录分析，对风排瓦斯效果进行检验。在通风参数优化以及瓦斯预抽方案实施前，瓦斯日平均体积分数在0.51%左右；进行通风优化以及瓦斯预抽之后，瓦斯日平均体积分数持续下降，下降到0.45%时降速减慢，此时降低的幅度为11.2%。这说明，顶板瓦斯预抽方案能有效增加煤层瓦斯预抽量，减少巷道内瓦斯涌出量，降低巷道内瓦斯的体积分数，降低瓦斯事故发生的概率，提高掘进巷道的安全性，保证煤矿工人的人身安全以及煤矿的财产安全，为巷道的快速掘进提供安全基础。
5 结束语
总之，煤巷掘进工作面是瓦斯灾害事故的高发区，一旦发生瓦斯灾害事故，必然会造成严重损失。因此，必须充分了解煤巷掘进工作面瓦斯灾害事故多发原因，并采取有效措施充分治理掘进工作面瓦斯，以有效防治煤巷掘进工作面瓦斯灾害事故。
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