煤礦瓦斯治理與煤層氣開發探討

焦煤集團 古漢山礦 通風隊 臧東偉

焦煤集團 古漢山礦 安監科 劉小亮

煤礦瓦斯治理與煤層氣開發探討

焦煤集團 古漢山礦 通風隊 臧東偉

焦煤集團 古漢山礦 安監科 劉小亮

在影響煤礦安全的各類因素中，瓦斯爆炸影響最大。近年來，雖然國家加大了煤礦安全的治理和防御力度，有效遏制了煤礦安全事故的發生，但瓦斯爆炸仍是目前影響煤礦安全的主要問題。瓦斯的有效防治，是值得煤礦行業人員研究的一個課題。

一、轉變視角，利用瓦斯

在長期瓦斯治理防護過程中，人們逐漸認識到，瓦斯在爆炸同時，產生了巨大的能量，只要能加以合理的開發利用，瓦斯就會變成一種資源。因此，對瓦斯進行有效抽放，不僅可以解決瓦斯引起的各種災害，也有效利用了瓦斯。

地面抽放和井下抽放是常見的兩種瓦斯抽放方式。瓦斯抽放具有重要意義。首先，它是一種環保的措施，能降低礦井的瓦斯排放量，減少大氣污染。其次，降低礦井中的瓦斯含量，可以為生產提供一個安全的環境。最后，瓦斯作為一種可利用的自然資源，具有顯著的經濟效益。

有關專家通過研究我國境內的高瓦斯煤礦區的條件和特征發現，我國地層多為煤層群，而且透氣性低；結合我國成功治理煤礦瓦斯問題的經驗，提出了“瓦斯和煤層群二者高效共采”這一概念。在開采煤層群時，先將瓦斯含量很低、危險系數也很低的第一采煤層開采出來，利用其采動影響使處在其上部和下部的煤層卸壓，這樣煤層的透氣性將會以幾何倍數增長，這就為瓦斯的抽取提供了有利的條件；將瓦斯高效抽采出來，不僅可以制止瓦斯從泄壓煤層涌入首采煤層，保障首采煤層開采的安全；還降低了泄壓煤層的瓦斯含量，為安全生產和高效采煤提供了安全的環境，實現了兩種資源的高效共采。

二、開發瓦斯的特殊性

低透氣性、易流變性和可壓密性是我國許多高瓦斯礦區煤層共有的特征。隨著煤炭開采的進行，開采深度逐漸增大，增加梯度已經達到l0 m/a。2008年統計表明，我國有184處重點煤礦限制的開采深度已經超過了600 m；有504處煤礦的最終開采深度超過600 m，占到開采總煤礦的50% ～ 59%，其中有89處礦井的最終采深超過了1 000 m。中深礦井的數量明顯增多，深礦井數量幾乎是成倍增長；高瓦斯礦井和煤與瓦斯突出礦井的數量也在迅速增長。由于氣體滲透性能與煤埋的深度成反比，煤層越深，煤層的透氣性能也就越差，瓦斯滲透性就越低，因而，對于瓦斯的抽放也就越困難。

由于我國瓦斯煤層的透氣性太低，瓦斯抽放無論是地面抽取還是地下抽取，都有很大的難度。只有通過促進煤層裂隙的發生，才能增加煤層的透氣性，從而優化瓦斯的抽取效果。

三、有效防治，合理利用瓦斯的策略

目前，增加煤層的透氣性能有兩種慣用的方法，一是開采煤層的保護層，這樣能減小煤層的地應力，從而使瓦斯煤層卸壓、增透、增流的作用得以實現。這種開采保護層和瓦斯抽放結合的方式需要在開采煤層之前進行。另外一種方法就是在煤層開采過程中，通過水力壓裂、水力割縫等水力化措施及預裂爆破等方式，使煤體內的裂隙得到提速發育，改變媒體結構，提供一條良好的通道用來釋放瓦斯。這種方法效果顯著，可是也有它的弊端，它需要專用的設備，而且工藝技術較復雜，所以沒有得到大力的推廣使用。

1.保護層開采和卸壓、增透抽采瓦斯的工藝。在覆巖采動裂隙中，O形圈的存在會使松軟和透氣性低的高瓦斯煤層群保護層在開采的過程中產生縫隙，這主要是由于頂底板巖層冒落和移動造成的。

2.采動區、采空區瓦斯抽放工藝。由于我國大多礦區都屬于低透氣性礦區， 導致我國地面鉆井抽采壓裂媒體和原始媒體的效果不太理想。基于此，在抽采過程增加輔助增透措施就顯得十分必要了。

地面鉆井瓦斯抽放有三方面的優點，第一，瓦斯抽放作業在地面上完成施工，這樣能緩解采掘接續的緊張局面，不會影響煤層開采的推進工作。第二，若抽采技術和方法適宜得當，抽采效果會十分理想，會在很大程度上降低臨近煤層的瓦斯涌出量，進而減小煤層的突出危險性，為高瓦斯煤層開采的安全進行提供了重要保障。第三，抽放時，若進行頂、底板瓦斯抽放巷抽放，工程量會很大，而且花費也很大，還會影響正常開采工作的順利進行。總的來說，地面鉆井瓦斯抽放效果十分理想，經濟效益顯著。

在未來的煤礦工作中，瓦斯綜合治理巷道的長度會隨著回采工作面長度的增加而迅速增加。由于煤巷挖掘速度很快，而巖巷的挖掘速度卻十分緩慢，常常使瓦斯綜合治理項目在回采工作完成后不能完成總工作量的一半，被動滯后的局面嚴重阻礙了生產和經濟效益的進步。因此，相關研究人員進行了煤炭礦區地面鉆井和采空區瓦斯抽放以及井下瓦斯抽放試驗，能夠實現煤與瓦斯的安全共采，并同時為松軟、低滲透復雜煤層開采條件下煤與瓦斯的安全共采提供了參考。

3.綜合瓦斯抽放技術。要想確保安全采煤，減少瓦斯事故，采取綜合瓦斯抽放技術勢在必行。在一定條件下，先開采保護層，卸壓瓦斯在保護層的抽放，能有效控制鄰近煤層卸壓瓦斯的涌出量，同時還能提高保護層的瓦斯突出危險系數。而在開采煤層的工藝和技術上，可采取一定的技術措施，充分將井下抽放和地面抽放、鉆孔抽放和巷道抽放、常規抽放和強化抽放相結合，確保采煤工作的安全、順利進行。

充分利用空間和時間是綜合瓦斯抽放技術的最大優勢之一。實踐表明，多元化、立體化和經濟化是瓦斯抽放技術體系發展的主要趨勢之一。此外，可控制的定向鉆機，依靠萬向節連接鉆桿，可以向各個角度彎曲，對煤柱抽放瓦斯死角的控制效果顯著。提高鉆井速度，增大抽放量，提高經濟效率是瓦斯抽放技術發展的目標和方向。

四、煤層瓦斯開發利用的瓶頸

在我國境內，受各種因素的影響和限制，總體上煤礦瓦斯抽放利用工作進展十分緩慢。調查顯示，近年來，我國實際每年的煤礦瓦斯抽放量僅占到實際涌出量的1/4，瓦斯實際抽放總量不到30億m3。瓦斯抽放系統對于小型煤礦來說還很遙遠，排除瓦斯只能是井下通風。在355處大型重點的高瓦斯和高突礦井中，瓦斯抽放量控制的比較合理的煤礦單位，對于抽放的瓦斯的利用水平卻很低，總之，我國目前尚不能有效地控制瓦斯災害。

五、結論

1.對于一些有保護層開采條件的煤礦，應充分將瓦斯抽采和保護層開采二者有機結合，進行處理。

2.在條件滿足的情況下，采動區和采空區的瓦斯抽放應在地面上進行。

3.立體化、多元化和經濟化的發展方向是瓦斯未來的主要發展趨勢。三方面的技術的日益成熟，為高瓦斯煤礦瓦斯的治理提供了明確的導向。