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[摘 要]我国西北地区某煤矿，采用放顶煤开采法开采厚煤层。该矿井为高瓦斯矿井，之前瓦斯治理效果不理想，在四年之间发生了51次瓦斯超限，严重危险安全生产。在对瓦斯超限的原因进行分析的基础上，采用一系列综合治理手段，主要包括优化通风系统、立体全方位的瓦斯抽放、根据不同地点采取针对性的治理措施、建立备用保障电源等，通过综合治理，该矿井实现了瓦斯零超限，大大提高了采矿的安全性。
[关键词]厚煤层；高瓦斯矿井；瓦斯超限；瓦斯治理
中图分类号：P752 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）44-0328-01
1 前言
某煤矿位于我国西北地区，所采煤层为厚煤层，厚度在5.12 m～12.56 m之间，平均厚度9.27 m，设计生产能力为600 万 t/a。该矿为高瓦斯矿井，根据 2016年度瓦斯鉴定结果，矿井绝对瓦斯涌出量 182.37 m 3 /min，相对瓦斯涌出量12.37 m 3 /t。一直以来，该矿瓦斯治理结果不理想。仅在2012年～2015年这四年中，累计发生瓦斯超限达到51次之多，平均每年13次。2016年，该矿把加强瓦斯治理放在第一位，攻关克难，瓦斯治理取得了非常好的成效。2017年全年，该矿井没有发生一次瓦斯超限。下面本文就对该矿的瓦斯治理经验进行介绍。
2 瓦斯超限原因分析
2.1煤层瓦斯含量高
矿井主采煤层为5煤，该煤层瓦斯含量高，为3～5m 3 /t，最高达到6.2m 3 /t。不仅主采煤层瓦斯含量高，与其临近的煤层瓦斯含量也高。与该煤层临近的4煤层和6煤层，瓦斯含量也在3 m 3 /t以上。煤层瓦斯含量高是造成矿井瓦斯涌出量大的根本原因。
2.2采空区顶板冒落
该矿井采用的开采方法是放顶煤开采法。在开采初期，顶煤下放难度较大，造成大量煤炭遗留在采空区。这一方面浪费了大量资源，另一方面，未开采出的顶煤在采空区顶板垮落时大面积碎裂，其中含有的瓦斯大量释放到井巷之中，造成井下瓦斯含量高。正常回采期间采煤工作面上隅角顶板冒落，均易造成采空区瓦斯短时间内大量涌出，导致瓦斯超限。
2.3通风设备突然意外停电
矿井采用双回路电源供电，一般情况下不会停电。但是也不排除在一些特殊情况下会突然意外停电。例如，如上级变电站突然出现故障，造成矿井全部停电。当矿井全部停电或大面积停电时，矿井内的通风设备——包括主扇、局扇、瓦斯抽放泵站等都会停止運转，这样，从煤层中涌出的瓦斯不能及时排除或被稀释，浓度就会越来越高，很快就会发生瓦斯超限。
3 瓦斯治理对策和措施
3.1优化通风系统
一套先进合理的通风系统是做好瓦斯治理的基础。因此，我们对该矿原有的通风系统进行了分析研究，发现其有一些不合理之处，会形成通风盲巷。该矿井采煤工作面以前采用的通风系统是“U +2I”形式，三进一回，这种通风系统会形成通风盲巷。研究后，我们将其改成“U + I”的形式，二进一回，这一改进大大提高了系统的可靠性。
3.2运用立体全方位的瓦斯抽放措施
为降低工作面瓦斯浓度，该矿因地制宜，在地面与井下同时布置钻孔，上下立体对瓦斯进行抽采，同时还坚持区域与局部结合抽采。通过综合抽采，取得了矿井瓦斯抽采率达到80%，采煤工作面瓦斯抽采率达到 85% 的良好效果。具体介绍如下：
3.2.1地面瓦斯抽放
地面瓦斯抽放是指采用合适的钻孔设备，从地面钻孔，至煤层，然后对瓦斯进行预抽采的技术。目前，国内外使用的地面瓦斯抽采技术，按照其钻井方式的不同，可以分成三种，分别是地面垂直井、丛式井和水平井等。本文所研究的矿井，在瓦斯抽放的初期，对三种钻井方式都进行了尝试，通过对比分析，最后选择丛式井的钻井方式。目前在该矿已经累计施工地面钻井 18组，日产气量达 17 000 m 3，以后还会继续布置更多地面钻井，实现先抽后采，降低采煤期间的矿井瓦斯含量。
3.2.2区域瓦斯预抽放
矿井提前对规划 2 年以后采掘的区域进行瓦斯预抽，通过增加预抽时间的办法，大幅降低煤层瓦斯含量，将高瓦斯煤层变为低瓦斯煤层，有效解决掘进和回采期间的瓦斯治理问题。具体是利用现有巷道或者施工专用瓦斯抽放巷道，在巷道内按瓦斯抽放钻孔施工参数施工钻孔，连接瓦斯抽放系统进行抽放，抽放瓦斯浓度一般可高出采煤工作面预抽浓度的 2 ～3 倍以上。
3.2.3采掘工作面瓦斯抽放
为降低矿井瓦斯含量，在采掘过程中，采用多种手段对瓦斯进行综合抽放，主要有采前预抽、上隅角抽放、高抽巷抽放、边掘边抽等，取得了很好的效果，具体介绍如下。
1）采前预抽。沿着工作面运输顺槽与轨道顺槽，每隔6 m 施工一组钻孔，钻孔垂直于巷道布置，每组 2 个钻孔，孔径 120mm，孔深 150 ～190 m.在工作面开始回采之前，采用高负压大流量系统进行抽放，抽放时间控制在8个月以上。
2）上隅角抽放。首先，在工作面上隅角构筑用于封堵瓦斯的袋子墙，墙顶部压设φ285 mm的抽放管路，管路伸入墙内 1 ～1.5 m，工作面回采期间，通过该管路抽排上隅角瓦斯，这一办法，对解决上隅角瓦斯积聚问题起了很大的作用。
3）高抽巷抽放。内错工作面回风巷 20 m，在煤层顶板上方 10～12 m处的岩层中，施工 1 条高抽巷，高抽巷平行于煤层布置，在巷口处构筑起防爆墙，压设φ456 mm 的瓦斯抽放管路进行抽放。通过布置高抽巷，可以很好地工作面回采期间采空区瓦斯大量涌出问题。
4）边掘边抽。煤巷掘进期间，瓦斯涌出量大，仅靠通风往往不能确保瓦斯不超限，这时候我们采取了采取边掘边抽的措施。具体做法是：沿掘进巷道两侧每隔80 m 施工一个长4.8 m、宽4.2 m、高3.5 m的迈步式瓦斯抽放钻场，左右两侧钻场间距40 m，在每个钻场中，均布置10个φ90 mm、深度为90 m的抽放钻孔，钻孔超前掘进迎头 25 m施工，形成拦截抽放，从而减少迎头和巷道两帮的瓦斯向煤巷内涌出。
3.3根据不同的地点有针对性地采取治理措施
矿井瓦斯涌出有其客观规律，在不同的地点、不同的时间段，瓦斯涌出量不同。在进行瓦斯治理时，要具体问题具体分析，针对不同的地点、不同的时间有针对性地制定瓦斯治理措施。鉴于篇幅限制，这里仅介绍不同地点的瓦斯治理。
根据对瓦斯超限次数的统计，得知瓦斯超限次数较多的地点有瓦斯钻孔施工点、工作面回风、采煤工作面上隅角、掘进工作面，等等。针对不同地点制定的瓦斯治理措施如下：
1）采煤工作面。主要治理措施有：①进行高抽巷、上隅角和采后卸压抽放，防止瓦斯积聚；②做好工作面通风工作，及时将采煤中释放的瓦斯排出；③上隅角采空区处理不好容易有大量瓦斯涌出，要特别注意，要采取措施使得上隅角附近的采空区及时垮落，并进行封堵；④生产应尽量保持有条不紊，不要盲目求快，避免出现集中落煤、放顶煤的情况，因为这样可能会导致短时间内瓦斯大量涌出。
2）掘进工作面。一是加强局部通风管理，做到“三专”、“两闭锁”供电，根据需要尽量选用大功率、大风量、对旋式局部通风机，避免长距离通风；二是在瓦斯涌出量大的掘进工作面采取瓦斯抽放措施，进行边掘边抽，对工作面两帮和正头瓦斯进行拦截抽放，减少涌出量；三是采取合理的掘进速度，防止瓦斯短时间大量涌出。
3）瓦斯钻孔施工地点。一是在瓦斯抽放钻孔孔口加装负压抽放装置，使钻孔涌出的瓦斯直接进入抽放管路，防止瓦斯“喷孔”造成巷道瓦斯超限；二是在钻孔施工地点安设瓦斯传感器，对作业地点瓦斯浓度进行实施监测。
3.4建立备用保障电源
为防止矿井突然停电带来的影响，确保通风安全，为此建设一条专门线路，将矿井附近的一个110 kV变电站与矿井中央变电所连接，这样，矿井供电系统就拥有两个独立的供电电源和3 条供电线路，大大提高了供电可靠性，消除了安全隐患。
4 结束语
通过采用以上综合治理措施，实现了高瓦斯矿井瓦斯零超限，大大提高了煤矿开采中的安全性，减少事故发生的概率，也为其他高瓦斯矿井的瓦斯管理提供了一个借鉴方案。
参考文献
[1]张国枢，谭允祯，陈开岩，等.通风安全学[M].徐州：中国矿业大学出版社，2007.
[关键词]厚煤层；高瓦斯矿井；瓦斯超限；瓦斯治理
中图分类号：P752 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）44-0328-01
1 前言
某煤矿位于我国西北地区，所采煤层为厚煤层，厚度在5.12 m～12.56 m之间，平均厚度9.27 m，设计生产能力为600 万 t/a。该矿为高瓦斯矿井，根据 2016年度瓦斯鉴定结果，矿井绝对瓦斯涌出量 182.37 m 3 /min，相对瓦斯涌出量12.37 m 3 /t。一直以来，该矿瓦斯治理结果不理想。仅在2012年～2015年这四年中，累计发生瓦斯超限达到51次之多，平均每年13次。2016年，该矿把加强瓦斯治理放在第一位，攻关克难，瓦斯治理取得了非常好的成效。2017年全年，该矿井没有发生一次瓦斯超限。下面本文就对该矿的瓦斯治理经验进行介绍。
2 瓦斯超限原因分析
2.1煤层瓦斯含量高
矿井主采煤层为5煤，该煤层瓦斯含量高，为3～5m 3 /t，最高达到6.2m 3 /t。不仅主采煤层瓦斯含量高，与其临近的煤层瓦斯含量也高。与该煤层临近的4煤层和6煤层，瓦斯含量也在3 m 3 /t以上。煤层瓦斯含量高是造成矿井瓦斯涌出量大的根本原因。
2.2采空区顶板冒落
该矿井采用的开采方法是放顶煤开采法。在开采初期，顶煤下放难度较大，造成大量煤炭遗留在采空区。这一方面浪费了大量资源，另一方面，未开采出的顶煤在采空区顶板垮落时大面积碎裂，其中含有的瓦斯大量释放到井巷之中，造成井下瓦斯含量高。正常回采期间采煤工作面上隅角顶板冒落，均易造成采空区瓦斯短时间内大量涌出，导致瓦斯超限。
2.3通风设备突然意外停电
矿井采用双回路电源供电，一般情况下不会停电。但是也不排除在一些特殊情况下会突然意外停电。例如，如上级变电站突然出现故障，造成矿井全部停电。当矿井全部停电或大面积停电时，矿井内的通风设备——包括主扇、局扇、瓦斯抽放泵站等都会停止運转，这样，从煤层中涌出的瓦斯不能及时排除或被稀释，浓度就会越来越高，很快就会发生瓦斯超限。
3 瓦斯治理对策和措施
3.1优化通风系统
一套先进合理的通风系统是做好瓦斯治理的基础。因此，我们对该矿原有的通风系统进行了分析研究，发现其有一些不合理之处，会形成通风盲巷。该矿井采煤工作面以前采用的通风系统是“U +2I”形式，三进一回，这种通风系统会形成通风盲巷。研究后，我们将其改成“U + I”的形式，二进一回，这一改进大大提高了系统的可靠性。
3.2运用立体全方位的瓦斯抽放措施
为降低工作面瓦斯浓度，该矿因地制宜，在地面与井下同时布置钻孔，上下立体对瓦斯进行抽采，同时还坚持区域与局部结合抽采。通过综合抽采，取得了矿井瓦斯抽采率达到80%，采煤工作面瓦斯抽采率达到 85% 的良好效果。具体介绍如下：
3.2.1地面瓦斯抽放
地面瓦斯抽放是指采用合适的钻孔设备，从地面钻孔，至煤层，然后对瓦斯进行预抽采的技术。目前，国内外使用的地面瓦斯抽采技术，按照其钻井方式的不同，可以分成三种，分别是地面垂直井、丛式井和水平井等。本文所研究的矿井，在瓦斯抽放的初期，对三种钻井方式都进行了尝试，通过对比分析，最后选择丛式井的钻井方式。目前在该矿已经累计施工地面钻井 18组，日产气量达 17 000 m 3，以后还会继续布置更多地面钻井，实现先抽后采，降低采煤期间的矿井瓦斯含量。
3.2.2区域瓦斯预抽放
矿井提前对规划 2 年以后采掘的区域进行瓦斯预抽，通过增加预抽时间的办法，大幅降低煤层瓦斯含量，将高瓦斯煤层变为低瓦斯煤层，有效解决掘进和回采期间的瓦斯治理问题。具体是利用现有巷道或者施工专用瓦斯抽放巷道，在巷道内按瓦斯抽放钻孔施工参数施工钻孔，连接瓦斯抽放系统进行抽放，抽放瓦斯浓度一般可高出采煤工作面预抽浓度的 2 ～3 倍以上。
3.2.3采掘工作面瓦斯抽放
为降低矿井瓦斯含量，在采掘过程中，采用多种手段对瓦斯进行综合抽放，主要有采前预抽、上隅角抽放、高抽巷抽放、边掘边抽等，取得了很好的效果，具体介绍如下。
1）采前预抽。沿着工作面运输顺槽与轨道顺槽，每隔6 m 施工一组钻孔，钻孔垂直于巷道布置，每组 2 个钻孔，孔径 120mm，孔深 150 ～190 m.在工作面开始回采之前，采用高负压大流量系统进行抽放，抽放时间控制在8个月以上。
2）上隅角抽放。首先，在工作面上隅角构筑用于封堵瓦斯的袋子墙，墙顶部压设φ285 mm的抽放管路，管路伸入墙内 1 ～1.5 m，工作面回采期间，通过该管路抽排上隅角瓦斯，这一办法，对解决上隅角瓦斯积聚问题起了很大的作用。
3）高抽巷抽放。内错工作面回风巷 20 m，在煤层顶板上方 10～12 m处的岩层中，施工 1 条高抽巷，高抽巷平行于煤层布置，在巷口处构筑起防爆墙，压设φ456 mm 的瓦斯抽放管路进行抽放。通过布置高抽巷，可以很好地工作面回采期间采空区瓦斯大量涌出问题。
4）边掘边抽。煤巷掘进期间，瓦斯涌出量大，仅靠通风往往不能确保瓦斯不超限，这时候我们采取了采取边掘边抽的措施。具体做法是：沿掘进巷道两侧每隔80 m 施工一个长4.8 m、宽4.2 m、高3.5 m的迈步式瓦斯抽放钻场，左右两侧钻场间距40 m，在每个钻场中，均布置10个φ90 mm、深度为90 m的抽放钻孔，钻孔超前掘进迎头 25 m施工，形成拦截抽放，从而减少迎头和巷道两帮的瓦斯向煤巷内涌出。
3.3根据不同的地点有针对性地采取治理措施
矿井瓦斯涌出有其客观规律，在不同的地点、不同的时间段，瓦斯涌出量不同。在进行瓦斯治理时，要具体问题具体分析，针对不同的地点、不同的时间有针对性地制定瓦斯治理措施。鉴于篇幅限制，这里仅介绍不同地点的瓦斯治理。
根据对瓦斯超限次数的统计，得知瓦斯超限次数较多的地点有瓦斯钻孔施工点、工作面回风、采煤工作面上隅角、掘进工作面，等等。针对不同地点制定的瓦斯治理措施如下：
1）采煤工作面。主要治理措施有：①进行高抽巷、上隅角和采后卸压抽放，防止瓦斯积聚；②做好工作面通风工作，及时将采煤中释放的瓦斯排出；③上隅角采空区处理不好容易有大量瓦斯涌出，要特别注意，要采取措施使得上隅角附近的采空区及时垮落，并进行封堵；④生产应尽量保持有条不紊，不要盲目求快，避免出现集中落煤、放顶煤的情况，因为这样可能会导致短时间内瓦斯大量涌出。
2）掘进工作面。一是加强局部通风管理，做到“三专”、“两闭锁”供电，根据需要尽量选用大功率、大风量、对旋式局部通风机，避免长距离通风；二是在瓦斯涌出量大的掘进工作面采取瓦斯抽放措施，进行边掘边抽，对工作面两帮和正头瓦斯进行拦截抽放，减少涌出量；三是采取合理的掘进速度，防止瓦斯短时间大量涌出。
3）瓦斯钻孔施工地点。一是在瓦斯抽放钻孔孔口加装负压抽放装置，使钻孔涌出的瓦斯直接进入抽放管路，防止瓦斯“喷孔”造成巷道瓦斯超限；二是在钻孔施工地点安设瓦斯传感器，对作业地点瓦斯浓度进行实施监测。
3.4建立备用保障电源
为防止矿井突然停电带来的影响，确保通风安全，为此建设一条专门线路，将矿井附近的一个110 kV变电站与矿井中央变电所连接，这样，矿井供电系统就拥有两个独立的供电电源和3 条供电线路，大大提高了供电可靠性，消除了安全隐患。
4 结束语
通过采用以上综合治理措施，实现了高瓦斯矿井瓦斯零超限，大大提高了煤矿开采中的安全性，减少事故发生的概率，也为其他高瓦斯矿井的瓦斯管理提供了一个借鉴方案。
参考文献
[1]张国枢，谭允祯，陈开岩，等.通风安全学[M].徐州：中国矿业大学出版社，2007.