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[摘 要]煤层瓦斯，以吸附和游离两种状态赋存在煤体中，形成固气并存的二相介质，因此，研究煤层瓦斯渗流和瓦斯抽放问题必须考虑气体（CH4、CO2等）对煤岩体本身的变形和强度造成的影响。多数开采煤层裂隙发育，构造复杂，瓦斯的涌出量、开掘工作面大小及最高瓦斯开掘量的大小直接影响着企业煤层开采的安全生产状况。本文主要探讨了煤矿开采过程中掘进区瓦斯治理及综合治理措施，仅供今后工作参考。
[关键词]煤层；瓦斯治理；施工工艺；技术体系
中图分类号：TD712 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）44-0056-01
一、煤矿瓦斯的来源
煤矿瓦斯是指井下有害气体的总称。一般包括四类来源。第一类来源是在煤层与围岩内赋存并能涌入到矿井中的气体；第二类来源是煤矿生产过程中生成的气体。比如爆破产生的炮烟、内燃机运行时排放的废气，充电过程生成的氢气等；第三类来源是煤矿井下空气与煤、岩、矿物、支架和其他材料之间的化学或生物化学反应生成的气体等；第四类来源是放射性物质蜕变过程生成的或地下水放出的放射性惰性气体氡及惰性气体氦。
在第一类来源中主要是有机质在煤化过程中生成并赋存与煤（岩）中的气体，称为有机源气体；在有火成岩侵入碳酸盐受热分解生成的二氧化碳经断层侵入的煤田，存在有机源气体。煤矿瓦斯各组分的数量差异是很大的，煤矿大部分瓦斯是来自于煤层，而煤层中的瓦斯一般以甲烷为主，甲烷是煤矿生产中的重大危险源，所以狭义的煤矿瓦斯是指的甲烷。甲烷是无色、无味、无臭、可以燃烧或爆炸的气体，它对人呼吸的影响与氮相似，可使人窒息。甲烷分子直径为0.41mm，其扩散速度是空气的1.34倍，涌向煤矿生产空间中的瓦斯能迅速扩散到矿井风流中。甲烷在巷道断面内的分布取决于巷道壁附近有无瓦斯涌出源。在自然条件下，由于甲烷在空气中的强扩散性，所以它一经与空气均匀混合，就不会因其密度较空气轻而上浮、聚积。当无瓦斯涌出时，巷道断面内甲烷的浓度是均匀分布的；当有瓦斯涌出时，甲烷浓度则呈不均匀分布。在有瓦斯涌出的巷道壁附近，甲烷的浓度相对较高。在煤矿中有时见到在巷道顶（底）板、冒落区顶部、工作面煤壁积存瓦斯，这并不是由于甲烷的密度比空气小，而是说明这些地点有瓦斯（源）涌出。
二、煤矿巷道掘进过程中出现的安全问题
2.1瓦斯超限问题
由于煤层的埋藏的深度越来越深，煤化的程度越来越高，煤层的透气性越来越差，这样就使吨煤瓦斯含量逐渐增加。在掘进破煤和落煤时，就会使大量的瓦斯涌出，这就造成瓦斯浓度偏高，也可能出现瓦斯浓度瞬间超限报警。
2.2片帮和冒顶
掘进工作面煤层顶底板较软，多数为较厚的灰质泥岩、砂质泥岩和炭质页岩，并且煤层的埋藏深度较深，矿山压力较大，容易导致巷道变形快，引起片帮和冒顶，造成瓦斯涌出量增大和堵塞巷道等安全问题。
2.3煤层稳定性差
由于煤层的变化较快，煤层赋存稳定性较差，所以说属于典型的“鸡窝煤”，煤层厚度和坡度变化都较快。
三、瓦斯特点及实例分析
某煤矿7号煤层高瓦斯区平均瓦斯含量10.12m3/t，瓦斯压力P=0.95MPa，煤层透气性系数λ=0.2531 m2/（MPa2.d），瓦斯放散初速度△P=10.0～15.2，属难抽煤层。经过对部分已揭露的高瓦斯带探测分析，在此地段进行采掘活动时，低瓦斯矿井瓦斯防治常规措施主要为风排（增大供风量），但增大风量一方面受巷道断面和通风系统影响较大，另一方面随着风量的增大，回采面风压差也相应增大，又使更多的瓦斯从采空区运移至回采空间，造成不利局面。采取分源分抽的瓦斯治理方式，既可满足瓦斯治理需要，又可提高效率。
四、掘进区瓦斯治理措施
7号煤层高瓦斯带掘进区平均瓦斯涌出量4.2m3/min，其瓦斯来源可分为3类：工作面前方卸压破碎煤体瓦斯、掘进落煤瓦斯、巷道两侧卸压带瓦斯。由于该区域瓦斯浓度高，储量大，宜采用大流量、高负压抽放系统。
4.1掘进面钻孔瓦斯抽放
在掘进工作面施工一定数量的瓦斯抽放钻孔（1.4个/m2），孔底间距为20m，孔径Φ113mm，钻孔均匀分布于全断面，钻孔直径75mm，纵向控制巷道全煤厚，横面控制巷道周围轮廓线4m。钻孔施工完毕后即联孔抽放，待瓦斯浓度明显衰减后方可恢复掘进。
4.2巷帮挂耳边掘边抽
在掘进巷道两侧交错布置钻场，同侧钻场间距30m，异侧钻场间距15m（图1），自每个钻场内向掘进面前方分上下2排布置6个抽放钻孔，钻孔直径75mm，孔深不低于50m，控制巷道两帮5m以内，钻孔施工完毕后，采用多循环不间断抽放，不但能有效分流巷帮两侧卸压带瓦斯，而且也能提前释放工作面前方煤体瓦斯压力。
4.3掘进面高压注水排挤瓦斯
在存在高含量、高压力瓦斯的掘进区施工倾角大于25°的煤巷掘进工作面时，易发生掘进面或顶煤冒落事故，造成掘进区瓦斯异常升高，主要原因是工作面前方大倾角卸压破碎煤体在高含量、高压力瓦斯作用下的一种卸压、释放。高压注水排挤瓦斯工艺较为简单，只需用煤电钻在掘进面正前方布置3个直径42mm（在地质构造破坏带、软分层增厚的地点，增加预测钻孔个数，按5个钻孔进行布置）、孔深10m的钻孔，封孔后利用注水泵对钻孔进行中高压注水，最大注水压力需根据煤层埋藏深度、力学性质和坚固性系数确定，注水时采用多孔同注的注水方式，当注水泵压力表显示值突降幅度超过30%时终止注水。如同时配合使用巷帮挂耳抽放技术，将大大提高其抽放效果。
五、专项瓦斯治理措施
5.1构件系统完整的技术体系
煤矿瓦斯治理是一项复杂的系统工程，完整的技术体系应包括：先进适用的瓦斯治理技术和装备、可靠的安全系统、科学的管理方法，并能使其有机结合。在系统可靠的前提下实现瓦斯治理的超前规划、同时设计、同时施工、采前抽采、效果达标，使高瓦斯突出煤层能够在低瓦斯状态下生产。在生产过程中能够对整个过程进行智能跟踪、实时预警，并给出可靠的处置预案。
5.2加强通风，杜绝瓦斯超限
随着煤层逐渐变厚及巷道掘进进尺的增加，瓦斯绝对涌出量由以前的0.6m/min增加到2.49m/min，回风流瓦斯浓度接近1%。别是掘进工作面发生片帮冒顶后，瓦斯涌出量瞬间增大，工作面瓦斯浓度超过1%。因此将原风机和风筒更换为2×22kW风机、800 mm风筒供风，供风量增加到500m/min，回风流瓦斯浓度降低到0.5%以下，杜绝了瓦斯超限。
5.3选择合适的施工工艺，减少涌出量
根据其煤层较软和瓦斯涌出量大的特性采用风镐落煤法施工，由于风镐每次落煤量较少，且落煤速度较均匀，可以使瓦斯少量、均匀地涌出，避免了放炮落煤时短时间内大量煤炭破落造成瓦斯涌出量瞬间升高导致瓦斯超限的危险情况，有效解决了瓦斯治理与掘进效率低的矛盾。
5.4深孔注水和浅孔注水相结合提前释放瓦斯
采取以上措施有效预防了瓦斯超限报警事故，但效果必定有限。在掘进过程中，当煤层突然变厚时瓦斯涌出量明显增加，瓦斯传感器显示浓度一直接近0.5%。如果遇到煤层松软顶板破碎的情况，容易发生片帮冒顶，造成瓦斯涌出量瞬间增大，进而导致瓦斯浓度超限。因此，必须采取措施提前释放煤层中的瓦斯，减少后期掘进中的瓦斯涌出量。
参考文献
[1]周汝洪.煤层群首采关键层卸压瓦斯综合治理技术[J].安全与环境学报，2011，2（3）：34-35.
[2]周刚.低瓦斯矿井高瓦斯区域瓦斯综合治理技术[J].工业安全与环保，2009，2（12）：37-39.
[3]陈本良.滴道盛和煤矿瓦斯地质规律与瓦斯预测[D].焦作：河南理工大学，2011.
[关键词]煤层；瓦斯治理；施工工艺；技术体系
中图分类号：TD712 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）44-0056-01
一、煤矿瓦斯的来源
煤矿瓦斯是指井下有害气体的总称。一般包括四类来源。第一类来源是在煤层与围岩内赋存并能涌入到矿井中的气体；第二类来源是煤矿生产过程中生成的气体。比如爆破产生的炮烟、内燃机运行时排放的废气，充电过程生成的氢气等；第三类来源是煤矿井下空气与煤、岩、矿物、支架和其他材料之间的化学或生物化学反应生成的气体等；第四类来源是放射性物质蜕变过程生成的或地下水放出的放射性惰性气体氡及惰性气体氦。
在第一类来源中主要是有机质在煤化过程中生成并赋存与煤（岩）中的气体，称为有机源气体；在有火成岩侵入碳酸盐受热分解生成的二氧化碳经断层侵入的煤田，存在有机源气体。煤矿瓦斯各组分的数量差异是很大的，煤矿大部分瓦斯是来自于煤层，而煤层中的瓦斯一般以甲烷为主，甲烷是煤矿生产中的重大危险源，所以狭义的煤矿瓦斯是指的甲烷。甲烷是无色、无味、无臭、可以燃烧或爆炸的气体，它对人呼吸的影响与氮相似，可使人窒息。甲烷分子直径为0.41mm，其扩散速度是空气的1.34倍，涌向煤矿生产空间中的瓦斯能迅速扩散到矿井风流中。甲烷在巷道断面内的分布取决于巷道壁附近有无瓦斯涌出源。在自然条件下，由于甲烷在空气中的强扩散性，所以它一经与空气均匀混合，就不会因其密度较空气轻而上浮、聚积。当无瓦斯涌出时，巷道断面内甲烷的浓度是均匀分布的；当有瓦斯涌出时，甲烷浓度则呈不均匀分布。在有瓦斯涌出的巷道壁附近，甲烷的浓度相对较高。在煤矿中有时见到在巷道顶（底）板、冒落区顶部、工作面煤壁积存瓦斯，这并不是由于甲烷的密度比空气小，而是说明这些地点有瓦斯（源）涌出。
二、煤矿巷道掘进过程中出现的安全问题
2.1瓦斯超限问题
由于煤层的埋藏的深度越来越深，煤化的程度越来越高，煤层的透气性越来越差，这样就使吨煤瓦斯含量逐渐增加。在掘进破煤和落煤时，就会使大量的瓦斯涌出，这就造成瓦斯浓度偏高，也可能出现瓦斯浓度瞬间超限报警。
2.2片帮和冒顶
掘进工作面煤层顶底板较软，多数为较厚的灰质泥岩、砂质泥岩和炭质页岩，并且煤层的埋藏深度较深，矿山压力较大，容易导致巷道变形快，引起片帮和冒顶，造成瓦斯涌出量增大和堵塞巷道等安全问题。
2.3煤层稳定性差
由于煤层的变化较快，煤层赋存稳定性较差，所以说属于典型的“鸡窝煤”，煤层厚度和坡度变化都较快。
三、瓦斯特点及实例分析
某煤矿7号煤层高瓦斯区平均瓦斯含量10.12m3/t，瓦斯压力P=0.95MPa，煤层透气性系数λ=0.2531 m2/（MPa2.d），瓦斯放散初速度△P=10.0～15.2，属难抽煤层。经过对部分已揭露的高瓦斯带探测分析，在此地段进行采掘活动时，低瓦斯矿井瓦斯防治常规措施主要为风排（增大供风量），但增大风量一方面受巷道断面和通风系统影响较大，另一方面随着风量的增大，回采面风压差也相应增大，又使更多的瓦斯从采空区运移至回采空间，造成不利局面。采取分源分抽的瓦斯治理方式，既可满足瓦斯治理需要，又可提高效率。
四、掘进区瓦斯治理措施
7号煤层高瓦斯带掘进区平均瓦斯涌出量4.2m3/min，其瓦斯来源可分为3类：工作面前方卸压破碎煤体瓦斯、掘进落煤瓦斯、巷道两侧卸压带瓦斯。由于该区域瓦斯浓度高，储量大，宜采用大流量、高负压抽放系统。
4.1掘进面钻孔瓦斯抽放
在掘进工作面施工一定数量的瓦斯抽放钻孔（1.4个/m2），孔底间距为20m，孔径Φ113mm，钻孔均匀分布于全断面，钻孔直径75mm，纵向控制巷道全煤厚，横面控制巷道周围轮廓线4m。钻孔施工完毕后即联孔抽放，待瓦斯浓度明显衰减后方可恢复掘进。
4.2巷帮挂耳边掘边抽
在掘进巷道两侧交错布置钻场，同侧钻场间距30m，异侧钻场间距15m（图1），自每个钻场内向掘进面前方分上下2排布置6个抽放钻孔，钻孔直径75mm，孔深不低于50m，控制巷道两帮5m以内，钻孔施工完毕后，采用多循环不间断抽放，不但能有效分流巷帮两侧卸压带瓦斯，而且也能提前释放工作面前方煤体瓦斯压力。
4.3掘进面高压注水排挤瓦斯
在存在高含量、高压力瓦斯的掘进区施工倾角大于25°的煤巷掘进工作面时，易发生掘进面或顶煤冒落事故，造成掘进区瓦斯异常升高，主要原因是工作面前方大倾角卸压破碎煤体在高含量、高压力瓦斯作用下的一种卸压、释放。高压注水排挤瓦斯工艺较为简单，只需用煤电钻在掘进面正前方布置3个直径42mm（在地质构造破坏带、软分层增厚的地点，增加预测钻孔个数，按5个钻孔进行布置）、孔深10m的钻孔，封孔后利用注水泵对钻孔进行中高压注水，最大注水压力需根据煤层埋藏深度、力学性质和坚固性系数确定，注水时采用多孔同注的注水方式，当注水泵压力表显示值突降幅度超过30%时终止注水。如同时配合使用巷帮挂耳抽放技术，将大大提高其抽放效果。
五、专项瓦斯治理措施
5.1构件系统完整的技术体系
煤矿瓦斯治理是一项复杂的系统工程，完整的技术体系应包括：先进适用的瓦斯治理技术和装备、可靠的安全系统、科学的管理方法，并能使其有机结合。在系统可靠的前提下实现瓦斯治理的超前规划、同时设计、同时施工、采前抽采、效果达标，使高瓦斯突出煤层能够在低瓦斯状态下生产。在生产过程中能够对整个过程进行智能跟踪、实时预警，并给出可靠的处置预案。
5.2加强通风，杜绝瓦斯超限
随着煤层逐渐变厚及巷道掘进进尺的增加，瓦斯绝对涌出量由以前的0.6m/min增加到2.49m/min，回风流瓦斯浓度接近1%。别是掘进工作面发生片帮冒顶后，瓦斯涌出量瞬间增大，工作面瓦斯浓度超过1%。因此将原风机和风筒更换为2×22kW风机、800 mm风筒供风，供风量增加到500m/min，回风流瓦斯浓度降低到0.5%以下，杜绝了瓦斯超限。
5.3选择合适的施工工艺，减少涌出量
根据其煤层较软和瓦斯涌出量大的特性采用风镐落煤法施工，由于风镐每次落煤量较少，且落煤速度较均匀，可以使瓦斯少量、均匀地涌出，避免了放炮落煤时短时间内大量煤炭破落造成瓦斯涌出量瞬间升高导致瓦斯超限的危险情况，有效解决了瓦斯治理与掘进效率低的矛盾。
5.4深孔注水和浅孔注水相结合提前释放瓦斯
采取以上措施有效预防了瓦斯超限报警事故，但效果必定有限。在掘进过程中，当煤层突然变厚时瓦斯涌出量明显增加，瓦斯传感器显示浓度一直接近0.5%。如果遇到煤层松软顶板破碎的情况，容易发生片帮冒顶，造成瓦斯涌出量瞬间增大，进而导致瓦斯浓度超限。因此，必须采取措施提前释放煤层中的瓦斯，减少后期掘进中的瓦斯涌出量。
参考文献
[1]周汝洪.煤层群首采关键层卸压瓦斯综合治理技术[J].安全与环境学报，2011，2（3）：34-35.
[2]周刚.低瓦斯矿井高瓦斯区域瓦斯综合治理技术[J].工业安全与环保，2009，2（12）：37-39.
[3]陈本良.滴道盛和煤矿瓦斯地质规律与瓦斯预测[D].焦作：河南理工大学，2011.