瓦斯地質(zhì)對(duì)煤礦工作的影響及對(duì)策

周曉婷

(山西平舒煤業(yè)有限公司，山西 陽(yáng)泉 045000)

0 引言

瓦斯地質(zhì)是煤在地質(zhì)歷史演化過(guò)程中形成的氣體地質(zhì)體，較普通煤礦地質(zhì)而言，瓦斯地質(zhì)的瓦斯含量、濃度高出許多，煤礦的開采工作也因此受到影響。與此同時(shí)，瓦斯具有較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，這意味著瓦斯地質(zhì)的影響是兼具利弊的。目前針對(duì)瓦斯地質(zhì)的研究已經(jīng)較為深入，分析煤礦瓦斯地質(zhì)的形成原因、對(duì)工作的影響以及應(yīng)對(duì)措施等內(nèi)容，有助于進(jìn)一步了解相關(guān)理論，指導(dǎo)后續(xù)實(shí)際工作。

1 瓦斯地質(zhì)的形成原因

1.1 煤礦煤體特質(zhì)

煤礦的煤體特質(zhì)是指在煤炭生成過(guò)程中各類階段的特點(diǎn)，這些特點(diǎn)十分明顯的影響著瓦斯地質(zhì)的形成。在褐煤階段，煤體剛剛形成，內(nèi)部以及外表均帶有大量孔隙，瓦斯在這一階段可以大量附著于煤體表面、內(nèi)部，瓦斯地質(zhì)也在這一時(shí)期初步形成。隨著煤體進(jìn)一步變化，內(nèi)部漸漸致密，提供給瓦斯的附著空間降低，部分原本附著于煤體表面的瓦斯開始游離于煤礦中。到無(wú)煙煤階段，煤體的內(nèi)部出現(xiàn)了更多小孔隙，重新為瓦斯提供了附著空間，瓦斯地質(zhì)在這一時(shí)期基本穩(wěn)定。

1.2 煤礦地質(zhì)結(jié)構(gòu)

煤礦地質(zhì)結(jié)構(gòu)主要指煤礦周邊地區(qū)、地表的概況，如果煤礦周邊存在山體裂縫、地表土壤疏松，瓦斯在形成后、游離的過(guò)程中可能被大量排出礦外，只有少數(shù)附著于煤體表面，這種地質(zhì)結(jié)構(gòu)一般難以形成瓦斯地質(zhì)。如果煤礦周邊地質(zhì)結(jié)構(gòu)以巖石為主、結(jié)構(gòu)致密，不利于瓦斯排出，就可能形成瓦斯地質(zhì)。現(xiàn)有資料表明，壓性斷層的煤礦地質(zhì)結(jié)構(gòu)能夠起到儲(chǔ)存以及密封煤層瓦斯的作用，因此從地質(zhì)角度來(lái)講，壓性斷層地帶的煤礦極有可能形成瓦斯地質(zhì)。壓性斷層地質(zhì)如圖1所示。

圖1 壓性斷層地質(zhì)

1.3 煤層自然條件

煤層自然條件對(duì)瓦斯地質(zhì)的形成也存在明顯影響，包括煤層周邊地殼活動(dòng)頻率、水含量等。如果煤層周邊地殼活動(dòng)頻繁，可能導(dǎo)致巖體和煤層之間出現(xiàn)相互擠壓，這種擠壓使相當(dāng)一部分瓦斯被釋放、竄出，煤層形成瓦斯地質(zhì)的可能性就較小。反之，如果煤層周邊地殼活動(dòng)較少，瓦斯也會(huì)長(zhǎng)期附著于煤體上、游離于煤礦中，有較大可能形成瓦斯地質(zhì)。水含量方面，如果煤層中水分較多，會(huì)擠占煤礦空間以及煤體孔隙，瓦斯難溶于水，會(huì)被擠出，因此含水量較多的煤礦一般不會(huì)形成瓦斯地質(zhì)，含水量較低的煤礦則可能形成瓦斯地質(zhì)[1-2]。

2 瓦斯地質(zhì)對(duì)煤礦工作的影響

2.1 增大開采難度和工作危險(xiǎn)性

瓦斯地質(zhì)意味著大量煤礦中存在大量瓦斯，而煤礦中煤炭資源的不規(guī)則分布則導(dǎo)致很難在開采活動(dòng)開始前完全排出瓦斯。20世紀(jì)之前，煤礦工作者以及管理人員對(duì)瓦斯地質(zhì)的認(rèn)識(shí)不夠清晰和深入，曾出現(xiàn)過(guò)大量的瓦斯泄露、爆炸事故。當(dāng)空氣中瓦斯的濃度在5.5%～16%，且有明火的情況下，就會(huì)出現(xiàn)爆炸，僅美國(guó)德克薩斯州1819年出現(xiàn)的瓦斯事故就達(dá)到33起。20世紀(jì)以來(lái)，礦方以及研究人員逐步認(rèn)識(shí)到瓦斯地質(zhì)、瓦斯爆炸的危害，相關(guān)工作也開始變得更具針對(duì)性。總體來(lái)看，瓦斯地質(zhì)會(huì)導(dǎo)致開采難度和工作危險(xiǎn)的增加，這也是當(dāng)前以及未來(lái)煤礦工作面臨的主要問(wèn)題之一。

2.2 提升煤礦的綜合利用價(jià)值

瓦斯是一種混合氣體，其主要成分為烷烴。其中甲烷占絕大多數(shù)，另有少量的乙烷、丙烷和丁烷，此外一般還含有硫化氫、二氧化碳、氮和水氣以及微量的惰性氣體，如氦和氬等，瓦斯所含氣體以及各氣體比例見表1。

表1 瓦斯的主要成分以及比例

由于瓦斯的主要成為烷烴，這意味著瓦斯的經(jīng)濟(jì)價(jià)值相對(duì)突出，瓦斯地質(zhì)煤礦的可利用價(jià)值也更高[3-4]。目前的技術(shù)條件下，可以通過(guò)對(duì)瓦斯進(jìn)行分解獲取液化石油氣與天然氣、煤氣等3類主要資源，均可以為家庭生活以及工業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)提供能源。

3 應(yīng)對(duì)瓦斯地質(zhì)影響的主要措施

青海某機(jī)構(gòu)進(jìn)行地質(zhì)勘察，尋找煤礦，針對(duì)上述問(wèn)題，制定了根據(jù)地形特點(diǎn)辨識(shí)瓦斯地質(zhì)等措施，并在發(fā)現(xiàn)瓦斯地質(zhì)煤礦后，應(yīng)用探測(cè)儀器、進(jìn)行實(shí)時(shí)瓦斯檢測(cè)保證了煤礦工作安全。

3.1 根據(jù)地形特點(diǎn)辨識(shí)瓦斯地質(zhì)

在勘察過(guò)程中，研究人員首先應(yīng)用找礦基本原則尋找煤礦，在青海某地發(fā)現(xiàn)一處中型煤礦，根據(jù)碳同位素分析法進(jìn)行判斷，確定該煤礦形成至今超過(guò)5.1億a。為了解煤礦是否屬于瓦斯地質(zhì)，研究人員結(jié)合地形地點(diǎn)進(jìn)行了充分分析，首先應(yīng)用設(shè)備進(jìn)行勘察，了解煤礦水含量，從結(jié)果上看，當(dāng)?shù)厮Y源不足，煤礦地區(qū)水分含量較同緯度東、中部明顯較少，僅為2.7%。之后進(jìn)行地質(zhì)分析，根據(jù)周邊山體斷層情況進(jìn)行判斷，發(fā)現(xiàn)煤礦所在地區(qū)地殼活動(dòng)相對(duì)較少，這意味著瓦斯不會(huì)大量泄漏[5-7]。結(jié)合煤礦形成年份，研究人員初步斷定該煤礦屬于瓦斯地質(zhì)，在進(jìn)行生產(chǎn)作業(yè)時(shí)必須注意安全，同時(shí)安排進(jìn)行煤、氣的綜采。

3.2 應(yīng)用探測(cè)儀器保證工作安全

在采煤工作具體進(jìn)行前，工作人員首先通過(guò)應(yīng)用專業(yè)儀器進(jìn)行瓦斯?jié)舛忍綔y(cè)，最初應(yīng)用的儀器較為老舊，檢測(cè)上限為1%，未能了解煤礦內(nèi)瓦斯?jié)舛?，因此沒(méi)有安排下井作業(yè)。其后購(gòu)進(jìn)了德制新型瓦斯探測(cè)儀，進(jìn)行精確探測(cè)，獲取了瓦斯?jié)舛戎禐?.8%，經(jīng)機(jī)械通風(fēng)，初步將機(jī)械安裝地點(diǎn)等少數(shù)空間內(nèi)瓦斯?jié)舛冉档椭?.1%左右。之后進(jìn)行機(jī)械安置和煤礦基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。為求提升綜采效率，礦方最初決定應(yīng)用地面鉆井開采聯(lián)合井下瓦斯抽放系統(tǒng)的工作方式，受限于資金條件，改為地面鉆井開采單一方式，在井上設(shè)備建設(shè)過(guò)程中，人員又在煤礦其他地點(diǎn)進(jìn)行瓦斯探測(cè)，并記錄瓦斯?jié)舛鹊葦?shù)值，用于后續(xù)工作。

3.3 進(jìn)行實(shí)時(shí)瓦斯檢測(cè)

井上設(shè)施建設(shè)完成后，煤、氣綜采工作正式啟動(dòng)，礦方首先進(jìn)行瓦斯開采，在鉆井開采的情況下，瓦斯開采工作有序進(jìn)行，為保證開采安全性和效率，在煤礦附近嚴(yán)禁明火，同時(shí)不斷應(yīng)用探測(cè)儀進(jìn)行濃度檢測(cè)。在此前的探測(cè)過(guò)程中，礦方人員了解到煤礦資源分布帶有一定的不均衡性，與地面距離也存在差異，部分地點(diǎn)的瓦斯探測(cè)無(wú)法進(jìn)行，因此每完成一處瓦斯開采，即安排技術(shù)人員進(jìn)行下一處探測(cè)，以此確保開采的有效性。瓦斯集中開采工作共持續(xù)2個(gè)月，之后進(jìn)行煤炭開采。在采煤過(guò)程中，出于對(duì)工作人員生命安全的考慮，礦方依然實(shí)時(shí)進(jìn)行瓦斯檢測(cè)，了解采煤地點(diǎn)和周邊地點(diǎn)的瓦斯?jié)舛?，確保了工作安全。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)分析煤礦瓦斯地質(zhì)的規(guī)律，了解了相關(guān)理論內(nèi)容。瓦斯地質(zhì)對(duì)煤礦工作有明顯影響，其成因規(guī)律不盡相同，結(jié)合現(xiàn)有資料，可以總結(jié)為3個(gè)方面，即煤礦煤體特質(zhì)、煤礦地質(zhì)結(jié)構(gòu)以及煤層自然條件。瓦斯地質(zhì)對(duì)煤礦工作的影響利弊共存，主要包括增加開采難度、工作危險(xiǎn)以及提升煤礦的綜合價(jià)值等方面。實(shí)例分析證明可以根據(jù)地形特點(diǎn)辨識(shí)瓦斯地質(zhì)，并應(yīng)用探測(cè)儀器保證工作安全。