典型開采條件下煤與瓦斯共采實踐探討

朱俊鵬

摘 要：瓦斯為煤炭生產的伴生氣，如果處理不好可能會引發安全事故，但該氣體又是清潔的能源，直接排放會對空氣造成污染。煤炭和瓦斯共采的方法可以有效解決該問題，在進行煤炭開采時，可以把煤層當中的瓦斯進行開發，對于減小安全事故概率、解決能源緊缺問題和保護生態環境有著重要意義。

關鍵詞：煤炭開采;瓦斯抽采;煤與瓦斯共采

煤炭對我國經濟增長有著很大的貢獻，隨著太陽能、風能等新能源的開發，煤炭占能源總消費的比例下降到了62%，但煤炭仍是我國重要的能源。我國經濟正處于轉型時期，煤炭為主的能源結構調整面臨著戰略機遇，煤和伴生能源開發和利用十分緊迫。國內的煤炭資源約有48%的高瓦斯煤 層，瓦斯總儲量為31萬億方，很多煤層透氣性并不好，瓦斯抽采難度較高，煤礦安全生產受到較大的威脅。

1 我國煤與瓦斯共采理論研究進展

周世寧等學者研究發現，煤礦瓦斯和8項基本的地質因素有著直接的關系，形成了煤粒及裂隙構成等觀念。提出了煤層瓦斯應力場概念，建立起煤層瓦斯賦存和流動理論，從根源上對瓦斯來源和賦存條件進行了說明，可以為瓦斯的生成、運移及賦豐，還有生成的瓦斯災害及資源開發評估創造了良好的基礎。把Darcy定律作為研究的前提，從而對煤層強吸附作用的瓦斯建立起微分方程，把瓦斯流動相關理論提升到新的階段，從而對煤層瓦斯抽采和事故防治，裂隙、溫度場等耦合方面進行了研究。

2 煤炭與瓦斯共采技術方法

煤炭和瓦斯共采主要有巷道法、地面鉆井法和留巷鉆孔法三個主要類型。

2.1 巷道法煤與瓦斯共采

是由煤層賦存的實際情況，在合理的煤層位置設置專用的瓦斯抽采巷道，并在巷道內進行穿層鉆孔，在進行上下煤層共采的前提下，對上下煤層的瓦斯進行抽取，從而達到煤炭與瓦斯共采的目的。此開采技術可以避免鄰層卸壓瓦斯進入到首采層，也可以對鄰近層瓦斯實現有效的抽取，把鄰近層強突出或突出狀態轉變為非突出狀態，巷道在進行回采時可以用作運輸、回等，該種共采方法按著抽采時間可以劃分為采中卸壓抽采和采前預抽兩種。

2.2 留巷鉆孔法無煤柱煤炭與瓦斯共采

回采工作面采用Y型通風辦法，利用混凝土來作為充填墻體來對采空區進行有效的支撐，從而形成了留巷。在留巷中向上下進行穿層鉆孔，把采空區裂隙帶內部及領近層的瓦斯進行卸壓。該種煤炭和瓦斯共采的辦法保證工作面處在進風流內，不會存在上隅角，工作面中的瓦斯不會大于規定的上限。因為工作面在進風流條件下，工作面溫度會比U型通風減小2-5度，可以進行深度開采。

2.3 地面鉆井法煤炭與瓦斯共采

該種技術是在地面向井下采用多種形式的鉆井，從而把煤層中的瓦斯抽取出來，該辦法依據抽采煤層采動情況可以分為兩種，一種是采用地面鉆井對初始煤層的瓦斯進行預抽，地面上采用的鉆井方法有豎井、L型井及魚刺狀水平分支井等，主要用于地質構造較好，煤層硬度大，滲透性能較好的采煤區塊。另一種是在工作面回采以前，在地面上布置鉆井，當工作面回采之后，在卸壓空間內，采用鉆井來對上下卸壓煤層的瓦斯或抽采層采空區域內的瓦斯進行抽取，多用于低透氣性的煤層開采，也可以用于對本煤層采空瓦斯的抽取。

3 典型開采條件煤與瓦斯共采實踐

3.1 松軟低透煤層群煤與瓦斯的共采

國內的高瓦斯低透氣性煤田多為瓦斯事故的重災區，為了避免再次出現血的教訓，提出采用煤層群卸壓瓦斯抽采煤炭與瓦斯共采新技術，建立了保護層卸壓井上下立體抽采煤層瓦斯技術體系，具體見圖1。利用卸壓開采煤與瓦斯共采，沿空留巷Y型通風無煤柱共采、地下礦井共同瓦斯抽采等多種技術，抽采庇從原來的5%上升到70%，有效地避免了瓦斯爆炸安全入，煤炭的回收率從原來的60%提升到70%。

3.2 高瓦斯原生結構煤層與瓦斯共采

高透氣性高瓦斯原生結構煤層有著很高的滲透率，具有硬煤層原生結構煤發育特點，可以把煤礦區分成為煤炭生產區、規劃區及開拓準備區，在規劃區中采用地面鉆井抽采煤層瓦斯的方式，開采時間大多為3-5年，在開拓準備區中，可以在準備巷道內安排千米鉆井，形成順層長鉆孔來對煤層中的瓦斯進行抽采，也可進行施工穿層鉆孔來對煤層群瓦斯進行抽采。在生產區中可以采用穿層孔、順層孔來對卸壓瓦斯進行抽取，再應用地面外、高抽巷及高位鉆孔等技術實現對采空區瓦斯的抽取，從而建立起礦井上下三區聯動抽采方式，可以進行煤炭與瓦斯協調開發。

3.3 山區松軟低滲突出煤層的煤與瓦斯共采

山區松軟低滲突出煤層并不具備安排地面井來預抽的條件，把煤礦開采區域劃分為回采區、開拓區及準備區，三個不同的區域是保持獨立的，又可以進行相互配合，從而建立起配套的系統。開拓區可以提前對瓦斯進行抽取，安排在煤炭開采之前進行，保護層的開采應該提前被保護支的開發利用，采用該種開采方式，該類煤層的瓦斯抽采率、利用率得以有效提升。

4 煤與瓦斯共采面臨的問題及挑戰

4.1 深層煤與瓦斯共采矛盾比較突出

隨著我國經濟的持續發展，對煤炭資源需求也比較旺盛，國內的煤炭資源的開采以每年10-25m的速度不斷向深層延伸。煤層瓦斯含量比較高，滲透性能較低，對瓦斯進行抽采存在著較大的困難，煤炭資源的開采受到瓦斯威脅。由于煤層開采深度的不斷提升，會導到煤層瓦斯含量和壓力都變大，透氣性會減弱，深層開采瓦斯存在著較大的難度。在深層高瓦斯含量、較高的地層壓力及溫度、高滲透壓力及低滲透性等狀況下，煤炭及瓦斯開采產生的擾動會更加嚴重，會引起沖擊地壓等災害事故，煤炭與瓦斯共采變得更為困難。

4.2 煤與瓦斯共采理論落后于工程實踐

雖然國內的煤與瓦斯共采取得了較大的成績，可是煤巖層中的瓦斯場、應力場及裂隙場等多場耦合條件下，呈現出富含瓦斯煤達西流的復雜特性，煤與瓦斯共采機理還沒有進行深入的分析和研究，共采技術較多的停在經驗層面，從而引起煤與瓦斯共采缺少科學性，瓦斯的抽采和煤炭資源開發無法實現同步。

4.3 關鍵技術和裝備還沒有完全突破

由于瓦斯抽采需要的鉆孔量比較在，需要較大的資金投入，抽采需要較長的周期，鉆孔及增透等技術裝備并不具備較強的地質適應性。由于煤炭開采技術的不斷發展，當前的采煤機械設備進行大空間推進會對煤炭體產生較大的擾動，會加大煤層瓦斯流動及涌出，特別是煤炭精準開采設想的提出，將來的煤炭智能化開采已經變成可能，當前的技術裝備還無法達到煤層瓦斯精準抽采的要求。

5 結束語

綜上所述，煤與瓦斯共采可以有效地避免出現安全事故，是改變現有能源結構，實現可持續發展的必經之路，這需要對開采理論進行創新，并使開采技術不斷進步。國內的煤炭和瓦斯開發規模不斷增長，生態環境和安全問題比較突出，但還處于初步探索時期，深層高瓦斯、高滲透壓力等條件下進行煤炭與瓦斯共采會迎接新的挑戰。應該走綠色煤炭開采道路，進行理論和技術方面的研究，加強對采煤裝備的開發，建立起煤炭與瓦斯共采技術體系，打造示范煤炭與瓦斯共采工程，把成功的經驗推廣到國內其他煤礦生產區，提升煤炭與瓦斯共采能力，從而真正地實現煤與瓦斯資源的共采。

參考文獻：

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