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摘要：掘进时瓦斯涌出量大是影响高瓦斯煤层巷道安全掘进的主要影响因素之一，本文通以某矿高瓦斯150605掘进面为研究对象，系统地研究煤层掘进过程中瓦斯涌规律，并针对其特殊的瓦斯地质条件，提出了开采保护层进行区域治理以及水力冲刷局部治理的措施治理瓦斯措施，通过实践取得了很好的效果，为相似条件下掘进巷道瓦斯治理提供了指导。
关键词：煤矿；快速掘进；瓦斯涌出规律；综合治理；
中图分类号：TD 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）23-384-01
1、工程概况
150605工作面煤层成单斜构造，其走向为东西-南东东向，煤层倾角为2°-17°，平均倾角7°，受冲断层及断层影响，该工作面内地质构造复杂，裂隙普遍发育。本工作面内断层发育大部分为层滑断层，受其影响煤层产状变化较大；瓦斯地质条件复杂，煤层瓦斯含量较高，瓦斯压力较大，瓦斯绝对涌出量为1.3m3/min左右。
2 工作面瓦斯涌出来源
受煤层自然因素和采掘技术条件等因素影响，高瓦斯煤层掘进巷道瓦斯涌出量不同。综合机械化掘进面瓦斯涌出量取决于煤层瓦斯含量和渗透条件，除此之外还与时间与空间有关。由于采用综合机械化进行巷道掘进，其具有落煤、装、运一系列连续性特点，煤壁暴露时间短，掘进出煤量大，导致瓦斯涌出量也相对较大。机械落煤后在连续的装、运过程中不断地涌向掘进面，瓦斯涌出量不仅取决于综合机械的破煤能力，还与煤层本身瓦斯含量及其透气性，运煤设备与巷道长度有关。
3 工作面瓦斯涌出规律
1）综掘工作面瓦斯涌出分布规律
掘进面的风流当从风筒出来后，遇到掘进面煤壁后快速回返，受掘进面机械设备与风筒不规范及漏风影响，风流出现了紊乱的现象，呈现出多向性、不稳定性、等特点，瓦斯涌出量也呈现不均匀性。风流分布受紊乱风流及瓦斯涌出量影响，表现为不同区域不同特性，从掘进面端头开始往外分为三区，分别为折返区，风流不稳定区、风流稳定区段。
折返区是掘进面瓦斯的主要来源。当风筒距离煤壁3m时，风量集中、风速大，使得涌出的瓦斯便于稀释；若是风筒距离煤壁大于3m时，很可能出现瓦斯局部积聚现象。风流不稳定区为风筒出风口3m以外，这个范围内风流由端头遇到煤壁折返，加上巷道的设备以及人员的阻挡影响了风流通过能力，使得风流十分不稳定，且煤壁暴露时间较短。扔有大量瓦斯释放，是瓦斯第二来源；第三区段则在8m以后，风流瓦斯趋于稳定，且瓦斯扩散后分布均匀。
2）瓦斯涌出量与综掘工艺的关系
综合机械掘进面瓦斯涌出量与掘进工艺有关。掘进割煤时瓦斯涌出量比其他工序都要大，割煤速度越快，瓦斯涌出量越大，割煤持续时间越长，瓦斯涌出量峰值也随之增加。当掘进面处于检修、支护期间，瓦斯涌出量变化不大，几乎没有什么起伏，其浓度变化曲线呈直线状态。
3）瓦斯涌出量与地质构造的关系
综合机械掘进面瓦斯涌出量受地质构造影响，在推进方向上表现为峰值不断波动。当掘进面遇到开放性断裂时，煤层瓦斯涌出量不大，主要是因为这类断裂结构有利于瓦斯的释放，煤层含量较低，表现为瓦斯涌出量小。当遇到封闭性断裂构造时，掘进面瓦斯涌出量大，主要是因为这类断裂结构将释放的瓦斯封闭保存了起来，当煤壁破坏打开这个封闭结构时，瓦斯急剧涌出，因而瓦斯涌出量大。当遇到褶曲构造时，背斜轴部瓦斯涌出量大。
4）瓦斯涌出量与煤层厚度的关系
在煤层产状没有较大变化的情况下，瓦斯涌出量处于均衡状态。但当煤层产状发生显著变化时，煤层瓦斯涌出量也会发生变化，尤其煤层厚度对瓦斯涌出量有较大的影响。
5）瓦斯涌出量与掘进速度的关系
综合机械掘进面瓦斯涌出量与掘进速度有着重要关系，当掘进速度快时，瓦斯涌出量非常大。由于掘进机械连续割煤作业，大量煤体从煤壁掉落，使得新鲜煤壁暴露面积增大，落煤颗粒小且量大，导致煤体中游离的瓦斯急剧释放涌出掘进面，使得掘进面瓦斯含量在短时间内迅速增加。
4 掘进工作面瓦斯综合治理措施
1）保护层瓦斯区域治理措施
150605掘进面在6号煤层进行掘进，该煤层属于高瓦斯煤层，瓦斯含量为12m3/t左右。上部煤层为8号低瓦斯煤层，6煤和8煤的层间距为35m，因而8号煤层具有保护层作用。针对6号煤层高瓦斯问题，由于8号层煤层已经开采，采取保护层瓦斯区域治理，在保护层打钻场对6号层进行瓦斯抽放。措施实施后，6煤的瓦斯含量为4.2-5.5m3/t，瓦斯压力降到了0.9MPa，煤层瓦斯得到治理。
2）水力冲刷局部瓦斯治理技术
（1）水力冲刷技术工艺
水利冲刷所需设备有水泵、可控摆动液压水枪。水泵型号為DG150-130 X 12水泵，电机功率1250kW，泵的额定流量为2.5m3/min，额定压力为20MPa，电机转速2980r/min。经过理论分析计算和冲刷实践效果综合确定水泵压力选为16-20MPa、流量150m3/h，当水泵开4min后即可达到冲刷参数要求。可控摆动液压水枪的型号为SQBK型，为了能够对冲刷深度达到一个很好的控制效果，因而研制了水枪加长装置以及引流装置，来解决槽孔内突然出现瓦斯积聚的问题。
冲刷煤体的时候，水枪需要固定在巷道的正中间，方向需要与巷道中线保持一致，位置在正前方煤体2-3m、顶板下1.7m左右为宜，出水嘴直径0.01-0.02m。SQBK可摆动水枪具有冲刷效果好，安全可靠、工艺简单、操作方便的特点，通过近百余次的实践，其设计能够满足治理掘进面瓦斯涌出量大的问题。
（2）水力冲刷措施掘进瓦斯涌出规律
经过冲刷作用煤体发生强烈的变形，并呈现出卸压作用，因而煤体瓦斯涌出量有较大幅度的提高。冲刷开始期间，受高水压、高流速影响，时间很短就可以冲至巷道前方4.5-6m处的应力集中带。在进行水利冲刷前，煤层内封存有大量游离瓦斯，经过高压水射流冲刷作用，煤体内应力集中状态得到改变，促使应力开始向掘进面前方和两帮移动，煤体卸压导致裂隙发育，大量游离瓦斯涌出。
随着冲刷深度延伸，新暴露的煤壁面积增加，但由于新的应力集中带形成需要一定时间，瓦斯涌出量并未因为煤壁表面积增加而呈现出瓦斯涌出量增大现象，反而瓦斯涌出量逐渐降低趋于平缓，涌出曲线呈幂指数函数关系。
3）效果评价
水力冲刷措施具有广泛的适应性、显著的有效性和可靠的安全性。
（1）措施重复率低
掘进面采用水利冲刷措施，通常情况下可以一次性冲刷成槽，不必再进行二次冲刷，操作过程简单。煤体进行冲刷后，效果检验超出标准的次数明显降低。在进行综合区试验时，其效果检验不突出达到了100%，表明水利冲刷措施安全而且有效。
（2）措施执行时间短
相比其他瓦斯治理措施，水利冲刷具有操作过程简单、施工时间短的特点。其施工时间仅仅需要10-30min，瓦斯就可以充分释放，当40min后瓦斯浓度就能够降低到0.1%-0.4%，增加了有效掘进时间，提高掘进效率。
3）安全性
水利冲刷是将借助高压水流将煤体破碎剥落的过程，在操作过程可不实现无人操作。水利冲刷时，工作人员要求进入到躲避硐室中，即使在冲刷导致瓦斯大量涌出也不会引起安全问题，实施措施过程中是安全可靠的。
5 结论
本为对高瓦斯掘进面涌出规律进行了分析，提出了开采保护煤层和水力冲孔相结合的技术来治理掘进面瓦斯涌出量大的问题。措施实施实践表明，该设计方案能够降低掘进面瓦斯含量，为提高掘进效率提供保障。
关键词：煤矿；快速掘进；瓦斯涌出规律；综合治理；
中图分类号：TD 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）23-384-01
1、工程概况
150605工作面煤层成单斜构造，其走向为东西-南东东向，煤层倾角为2°-17°，平均倾角7°，受冲断层及断层影响，该工作面内地质构造复杂，裂隙普遍发育。本工作面内断层发育大部分为层滑断层，受其影响煤层产状变化较大；瓦斯地质条件复杂，煤层瓦斯含量较高，瓦斯压力较大，瓦斯绝对涌出量为1.3m3/min左右。
2 工作面瓦斯涌出来源
受煤层自然因素和采掘技术条件等因素影响，高瓦斯煤层掘进巷道瓦斯涌出量不同。综合机械化掘进面瓦斯涌出量取决于煤层瓦斯含量和渗透条件，除此之外还与时间与空间有关。由于采用综合机械化进行巷道掘进，其具有落煤、装、运一系列连续性特点，煤壁暴露时间短，掘进出煤量大，导致瓦斯涌出量也相对较大。机械落煤后在连续的装、运过程中不断地涌向掘进面，瓦斯涌出量不仅取决于综合机械的破煤能力，还与煤层本身瓦斯含量及其透气性，运煤设备与巷道长度有关。
3 工作面瓦斯涌出规律
1）综掘工作面瓦斯涌出分布规律
掘进面的风流当从风筒出来后，遇到掘进面煤壁后快速回返，受掘进面机械设备与风筒不规范及漏风影响，风流出现了紊乱的现象，呈现出多向性、不稳定性、等特点，瓦斯涌出量也呈现不均匀性。风流分布受紊乱风流及瓦斯涌出量影响，表现为不同区域不同特性，从掘进面端头开始往外分为三区，分别为折返区，风流不稳定区、风流稳定区段。
折返区是掘进面瓦斯的主要来源。当风筒距离煤壁3m时，风量集中、风速大，使得涌出的瓦斯便于稀释；若是风筒距离煤壁大于3m时，很可能出现瓦斯局部积聚现象。风流不稳定区为风筒出风口3m以外，这个范围内风流由端头遇到煤壁折返，加上巷道的设备以及人员的阻挡影响了风流通过能力，使得风流十分不稳定，且煤壁暴露时间较短。扔有大量瓦斯释放，是瓦斯第二来源；第三区段则在8m以后，风流瓦斯趋于稳定，且瓦斯扩散后分布均匀。
2）瓦斯涌出量与综掘工艺的关系
综合机械掘进面瓦斯涌出量与掘进工艺有关。掘进割煤时瓦斯涌出量比其他工序都要大，割煤速度越快，瓦斯涌出量越大，割煤持续时间越长，瓦斯涌出量峰值也随之增加。当掘进面处于检修、支护期间，瓦斯涌出量变化不大，几乎没有什么起伏，其浓度变化曲线呈直线状态。
3）瓦斯涌出量与地质构造的关系
综合机械掘进面瓦斯涌出量受地质构造影响，在推进方向上表现为峰值不断波动。当掘进面遇到开放性断裂时，煤层瓦斯涌出量不大，主要是因为这类断裂结构有利于瓦斯的释放，煤层含量较低，表现为瓦斯涌出量小。当遇到封闭性断裂构造时，掘进面瓦斯涌出量大，主要是因为这类断裂结构将释放的瓦斯封闭保存了起来，当煤壁破坏打开这个封闭结构时，瓦斯急剧涌出，因而瓦斯涌出量大。当遇到褶曲构造时，背斜轴部瓦斯涌出量大。
4）瓦斯涌出量与煤层厚度的关系
在煤层产状没有较大变化的情况下，瓦斯涌出量处于均衡状态。但当煤层产状发生显著变化时，煤层瓦斯涌出量也会发生变化，尤其煤层厚度对瓦斯涌出量有较大的影响。
5）瓦斯涌出量与掘进速度的关系
综合机械掘进面瓦斯涌出量与掘进速度有着重要关系，当掘进速度快时，瓦斯涌出量非常大。由于掘进机械连续割煤作业，大量煤体从煤壁掉落，使得新鲜煤壁暴露面积增大，落煤颗粒小且量大，导致煤体中游离的瓦斯急剧释放涌出掘进面，使得掘进面瓦斯含量在短时间内迅速增加。
4 掘进工作面瓦斯综合治理措施
1）保护层瓦斯区域治理措施
150605掘进面在6号煤层进行掘进，该煤层属于高瓦斯煤层，瓦斯含量为12m3/t左右。上部煤层为8号低瓦斯煤层，6煤和8煤的层间距为35m，因而8号煤层具有保护层作用。针对6号煤层高瓦斯问题，由于8号层煤层已经开采，采取保护层瓦斯区域治理，在保护层打钻场对6号层进行瓦斯抽放。措施实施后，6煤的瓦斯含量为4.2-5.5m3/t，瓦斯压力降到了0.9MPa，煤层瓦斯得到治理。
2）水力冲刷局部瓦斯治理技术
（1）水力冲刷技术工艺
水利冲刷所需设备有水泵、可控摆动液压水枪。水泵型号為DG150-130 X 12水泵，电机功率1250kW，泵的额定流量为2.5m3/min，额定压力为20MPa，电机转速2980r/min。经过理论分析计算和冲刷实践效果综合确定水泵压力选为16-20MPa、流量150m3/h，当水泵开4min后即可达到冲刷参数要求。可控摆动液压水枪的型号为SQBK型，为了能够对冲刷深度达到一个很好的控制效果，因而研制了水枪加长装置以及引流装置，来解决槽孔内突然出现瓦斯积聚的问题。
冲刷煤体的时候，水枪需要固定在巷道的正中间，方向需要与巷道中线保持一致，位置在正前方煤体2-3m、顶板下1.7m左右为宜，出水嘴直径0.01-0.02m。SQBK可摆动水枪具有冲刷效果好，安全可靠、工艺简单、操作方便的特点，通过近百余次的实践，其设计能够满足治理掘进面瓦斯涌出量大的问题。
（2）水力冲刷措施掘进瓦斯涌出规律
经过冲刷作用煤体发生强烈的变形，并呈现出卸压作用，因而煤体瓦斯涌出量有较大幅度的提高。冲刷开始期间，受高水压、高流速影响，时间很短就可以冲至巷道前方4.5-6m处的应力集中带。在进行水利冲刷前，煤层内封存有大量游离瓦斯，经过高压水射流冲刷作用，煤体内应力集中状态得到改变，促使应力开始向掘进面前方和两帮移动，煤体卸压导致裂隙发育，大量游离瓦斯涌出。
随着冲刷深度延伸，新暴露的煤壁面积增加，但由于新的应力集中带形成需要一定时间，瓦斯涌出量并未因为煤壁表面积增加而呈现出瓦斯涌出量增大现象，反而瓦斯涌出量逐渐降低趋于平缓，涌出曲线呈幂指数函数关系。
3）效果评价
水力冲刷措施具有广泛的适应性、显著的有效性和可靠的安全性。
（1）措施重复率低
掘进面采用水利冲刷措施，通常情况下可以一次性冲刷成槽，不必再进行二次冲刷，操作过程简单。煤体进行冲刷后，效果检验超出标准的次数明显降低。在进行综合区试验时，其效果检验不突出达到了100%，表明水利冲刷措施安全而且有效。
（2）措施执行时间短
相比其他瓦斯治理措施，水利冲刷具有操作过程简单、施工时间短的特点。其施工时间仅仅需要10-30min，瓦斯就可以充分释放，当40min后瓦斯浓度就能够降低到0.1%-0.4%，增加了有效掘进时间，提高掘进效率。
3）安全性
水利冲刷是将借助高压水流将煤体破碎剥落的过程，在操作过程可不实现无人操作。水利冲刷时，工作人员要求进入到躲避硐室中，即使在冲刷导致瓦斯大量涌出也不会引起安全问题，实施措施过程中是安全可靠的。
5 结论
本为对高瓦斯掘进面涌出规律进行了分析，提出了开采保护煤层和水力冲孔相结合的技术来治理掘进面瓦斯涌出量大的问题。措施实施实践表明，该设计方案能够降低掘进面瓦斯含量，为提高掘进效率提供保障。