盛永志
(长治市矿山救护队，山西 长治 046000)
引 言随着综采技术的不断进步，煤矿井下综采效率得到了快速的提升，在综采作业过程中瓦斯的释放速度也得到了进一步的加快，使巷道井下空气内的瓦斯含量快速上升，给作业人员的身体健康和正常的综采作业造成了极大的安全隐患。特别是在井下回采作业的过程中，在采空区内的瓦斯突出量占据了综采作业面瓦斯突出含量的65%左右，一旦发生瓦斯爆炸事故将造成巨大的人员伤亡和经济损失。针对现有的煤矿井下瓦斯防治方案效率低、排采效果差的现状，本文针对性地提出了多种瓦斯抽采方案，根据实际应用表明，优化后该方案能够将瓦斯抽采率提升到86.27%，综采作业过程中井下空气内的瓦斯浓度均保持在1%以下，极大地提升了煤矿井下综采作业的安全性，具有较大的应用推广价值。
1 综采面瓦斯突出量分析本文以某矿井下综采面为分析对象，其煤层平均厚度约为2.7 m，煤层走向约为673 m，煤层平均倾角约为7.6°，煤层埋深约为527 m，井下综采面的瓦斯平均含量为4.25 m3/。据统计，在综采作业过程中井下瓦斯的最大突出量约为11.36 m3/t，该矿井采用了分区段进行抽风的通风方案。
在煤矿井下综采作业过程中，瓦斯突出主要来自于综采面的瓦斯涌出及邻近采空区域的瓦斯涌出，综采作业过程中井下瓦斯的涌出量可表示为式(1)[1]。
q=q1+q2
(1)
式中：q1为综采作业面的瓦斯涌出量，m3/t；q2为采空区的瓦斯涌出量，m3/t。
根据对煤矿井下综采面及采空区域内瓦斯涌出量进行实际监测可知，井下综采面上的瓦斯涌出量约为4.88 m3/t，占瓦斯总涌出量的46.1%，采空区的瓦斯涌出量约为5.72 m3/t。由于井下瓦斯单位时间内的涌出量相对较大，依靠传统单一的瓦斯抽采方案无法达到有效提升瓦斯抽采效果的目的，因此需综合多种瓦斯抽采方案，实现对井下瓦斯的有效控制。
2 采空区埋管抽采针对井下采空区内瓦斯含量高、突出量大的特性，而且分区段进行抽风的通风方案对采空区的抽采效果较差，因此采用了在采空区设置专门的埋管进行抽采的方案，加强对采空区瓦斯的抽采效果，在该埋管的进气口位置可采用三通的阀门结构，埋设的抽采管道应采用串接形式[2]，便于随着综采作业的进行而不断地调整埋管进气口的位置，达到最佳的抽采效果。采空区预埋管结构如第82页图1所示。
针对某矿井下实际情况，采用将埋管进气口先深入到采空区内10 m，埋管高度设置为1 500 mm，管口的一侧沿着采空区走，一侧沿着综采作业面走，确保对巷道内瓦斯抽采的效果，将采空区内的瓦斯抽采后在回风巷进行释放，利用回风巷气流量大的特性，实现快速地将巷道内的瓦斯气体排出，既确保了井下空气内的瓦斯含量在安全范围内，又简化了埋管要求，节约了施工成本。
图1 井下巷道内埋管结构示意图
3 瓦斯截留钻孔抽采及通风控制瓦斯截留钻孔抽采是指通过对瓦斯涌出点和涌出量的分析，提前确定瓦斯分布集中的区域，然后利用钻孔的方案将煤层内的瓦斯提前排出，确保在综采作业过程中的可靠性。根据该矿井下实际监测情况，其瓦斯集中区域位于井下运输巷道内超前约37 m处，因此在施工的过程中提前对井下运输巷进行超前设置瓦斯截留钻孔，对该区域内煤层内的瓦斯进行超前截留、抽放[3]，在设置瓦斯截留抽放孔时，重点控制井下底抽巷正上方约5 m的范围，同时将抽采的终点设置在底抽巷上侧5 m处。该矿井下瓦斯截留钻孔抽采钻孔布置结构如图2所示。
图2 井下瓦斯截留钻孔布置结构示意图
根据该矿井下实际情况，本文所采用的煤矿井下瓦斯防治方案还包括利用矿井通风系统，实现对煤矿井下风量的智能控制，根据实时监测到的井下瓦斯含量的不同来控制通风系统增加或者降低巷道内的风量，实现对井下巷道内瓦斯含量的智能调控[4]，根据实际监测表明，根据该矿井下瓦斯最大涌出量，确保通风系统的风量能够达到666 m3/min即可，目前通风系统的最大供风量约为873 m3/min满足井下安全通风需求。
4 煤矿井下底抽巷穿层钻孔瓦斯抽采根据井下巷道的实际情况，在采用以上方案对井下瓦斯进行提前抽采的基础上，为进一步确保瓦斯突然大量涌出时的情况，本文又提出了一种新的煤矿井下底抽巷穿层瓦斯抽采方案，即在煤层瓦斯的赋存区域，在井下巷道的底巷处进行钻孔抽采，钻孔时根据地形条件，各钻孔的深度要在30 m～90 m，同时，钻孔的倾角应在45°左右，各个钻孔之间的距离不大于50 m，利用底巷风流量大的有利条件实现快速地将底巷内释放出的瓦斯排出巷道，进一步确保煤矿井下综采作业过程中的安全性，满足瓦斯防治安全的需求。
5 井下应用情况综合以上井下瓦斯防治方案，本文对应用后的井下综采作业过程中瓦斯的抽采情况进行了监测，结果如图3所示。
图3 应用后的瓦斯抽采情况
根据2019-07-01至2019-07-10之间对煤矿井下回风巷和上隅角位置处瓦斯浓度的监测，在综采作业期间井下回风巷处的平均瓦斯浓度在0.89%，且浮动变化范围较小，满足煤矿井下瓦斯含量分布要求。上隅角位置处的瓦斯浓度随着时间的增加呈现逐渐升高的趋势，其平均瓦斯浓度约为0.52%，也满足煤矿安全规程的规定，瓦斯抽采率提升到86.27%。上隅角位置瓦斯浓度上升主要是由于井下上隅角处的通风为非畅通断面[5]，长时间集聚后会导致瓦斯浓度的增加，对该处瓦斯浓度的控制主要是通过和通风系统的联动完成的，当瓦斯浓度超过1%时，系统就会启动局部风机对其进行加强换气，既确保煤矿井下通风安全，又能降低电能消耗，满足节能的需求。
6 结论针对煤矿井下综采作业过程中瓦斯突出严重影响综采作业安全和人员身体健康的情况，本文结合某矿井下实际情况，提出了采空区埋管抽采、瓦斯截留钻孔抽采及通风控制的综合煤矿井下瓦斯防治方案，对各种方案的具体原理、设置方式等进行了分析，结果表明：
1) 在煤矿井下综采作业过程中，瓦斯突出主要来自于综采面的瓦斯涌出及邻近采空区域的瓦斯涌出，因此对瓦斯突出量的预测要结合两种涌出量进行分析；
2) 根据该矿井下瓦斯最大涌出量，确保通风系统的风量能够达到666 m3/min即可，目前通风系统的最大供风量约为873 m3/min，完全能够满足井下安全通风需求；
3) 在井下巷道的底巷处进行钻孔抽采，各钻孔的深度要在30 m～90 m，同时，钻孔的倾角应在45°左右，各个钻孔之间的距离不大于50 m，利用底巷风流量大的有力条件实现快速地将底巷内释放出的瓦斯排出巷道，确保综采作业安全；
4) 采用综合控制方案后，在综采作业期间井下平均瓦斯浓度在1%，满足煤矿井下瓦斯含量分布要求，且瓦斯抽采率提升到了86.27%，能够有效确保井下综采作业安全性。
