矿井压力基础理论在瓦斯治理中的应用

摘 要：本文主要通过对双柳煤矿的密闭墙处理、回采工作面控风设施砌筑、上隅角流场区域内瓦斯治理等关键性技术来阐述矿井压力基础理论在瓦斯治理中的应用，通过压力基础理论应用使得双柳煤矿密闭墙前瓦斯浓度降低至0.04%左右，回采工作面上隅角和回风流中瓦斯浓度平均下降0.2%以上，进一步节约了瓦斯治理成本，为今后依靠通风方法治理瓦斯提供了坚实的理论依据。

关键词：矿井；瓦斯治理

气温急剧变化条件下的采空区瓦斯异常涌出、煤与瓦斯突出矿井回采工作面通风设施的砌筑、上隅角瓦斯异常涌出等问题都严重制约着矿井安全生产，回采工作面控风设施的砌筑位置不同会导致回采工作面的瓦斯异常区域分布不同，同时井下采空区的瓦斯在大气压力急剧变化的影响下会异常涌出，因此如何能够将矿井压力基础理论应用到矿井瓦斯治理中成为本文想要阐述的重点。

1 气压变化与与矿井采空区瓦斯涌出关联性探究

1.1 柳林地区气温变化对双柳煤矿井下采空区瓦斯涌出的影响

气压是随大气高度而变化的；大气柱的重量还受到密度变化的影响，空气的密度愈大，也就是单位体积内空气的质量愈多，其所产生的大气压力也愈大。以汾西矿业双柳煤矿所在的柳林县气温变化为例，从中选取了3月17、18日两天的气温差和同日早晚温差做为研究条件，并对23（4）08材巷密闭瓦斯情况进行统计，结果见下图：

3月17日最低气温和最高气温温差为7℃，密闭墙前瓦斯浓度变化最大值为0.25%；从3月17日-3月18日的气温变化情况可以看出，两日气温变化幅度为12℃，两日同一密闭墙体的瓦斯浓度最大值变化幅度为0.96%。

1.2 井下采空区密闭瓦斯涌出与气温变化的关联性及处理方法

1.2.1 采空区密闭内外压差变化理论基础

采空区密闭墙体内外由于在密闭初期内外气体组分基本相同，同时在密闭墙体内外紧贴墙壁条件下选取两个处于同一标高的点A和点B，则在密闭封顶的这一时间可以看做是密闭墙内外压差为0的起点，那么A/B两点的受力情况如下下式所示：

1.2.2 密闭墙外巷道负压变化对采空区瓦斯涌出的影响

当气温急剧变化期间，尤其是井下空气温度在一个工作日内急剧升高时，可能导致密闭墙内外温差加大，根据公式（2）可得：

墙外温度升高，大气压力降低，密闭外的A点相对静压恒为负值，当大气压力P0降低时，风机运行参数不变的情况下，A点所受的相对静压的代数值减小；同时闭墙内的B点因温度基本不变，且密闭区域内风流无运动，故B点的相对静压基本接近于气温变化前的大气压力，故密闭空腔内的瓦斯涌出量增大。

1.2.3 采空区密闭处理方法探究与应用

根据气温急剧变化期间的瓦斯涌出情况制定了《双柳煤矿密闭墙处理方案》，确定了“现有密闭外侧重新砌筑一道密闭+夹层添加黄土+外侧闭墙喷浆”的处理模式。采取上述措施后，采空区密闭墙前瓦斯浓度由处理前的2%以上维持在0.04%左右。

1.3 回采工作面風量调整对瓦斯涌出的影响

1.3.1 双柳煤矿回采工作面通风系统简介

双柳煤矿回采工作面采用“U”型通风方式，随着回采推进，工作面的配风量需进行调整，根据防突矿井管理要求，双柳煤矿回采工作面的风量调节主要依靠进风顺槽内的调节设施进行调节。

1.3.2 回采工作面控风设施构筑位置与上隅角瓦斯涌出的关系

此时上隅角的瓦斯涌出较为缓慢且瓦斯涌出量较小，同理，当回采工作面的控风设施设置在进风侧时，瓦斯等有毒有害气体多从上隅角一侧涌出。

1.3.3 双柳煤矿回采工作面上隅角瓦斯治理措施

针对此，矿方确立了“本煤层抽采+高低位裂隙钻孔抽采+顶板走向长距离钻孔抽采”的回采工作面瓦斯治理模式，同时根据回采期间上隅角瓦斯涌出情况制定了采空区密闭埋管抽放方案并组织实施，具体为：利用双柳煤矿回采工作面抽采巷和运输顺槽之间的横贯密闭墙进行埋管抽放来辅助治理上隅角瓦斯，通过分区段连续在横贯密闭上埋设抽放管路的方式，在回采过程中及风量调整期间瓦斯异常涌出的情况明显减少，涌出量也显著降低，抽采效果分析如表1。

2 结论

采空区密闭的施工质量是采空区瓦斯涌出的决定性因素，在气温急剧变化情况下，做好采空区和备采区及生产区的“隔离”是关键，采空区密闭施工应采用填充新型密闭材料+外侧喷浆的方式来克服大气压力急剧变化条件下的闭墙“呼吸”现象；“顶板走向长距离钻孔+高低位裂隙钻孔+上隅角流场区域密闭埋管抽放”是一种针对自燃发火不严重矿井瓦斯治理中的很好选择。

参考文献：

[1]俞启香，王凯，杨胜强.中国采煤工作面瓦斯涌出规律及其控制研究[J].中国矿业大学学报，2000，29（1）：9-14.

[2]张国枢.通风安全学[M].徐州：中国矿业大学出版社，2007.

作者简介：

周锦文（1991- ），男，山西盂县人，2014年毕业于华北科技学院安全工程专业，工学学士，助理工程师，从事矿井通风工作。