煤礦瓦斯高效精細化治理技術探析

陳五一

（潞安化工集團常村煤礦，山西 長治 046103）

我國煤礦開采技術，隨著我國經濟的不斷提升以及科技的不斷進步發展，其根據實際開采需要，逐步向深部水平開采轉變，這也將意味著其開采難度即將有所提升，最主要的原因在于，深部水平開采煤層瓦斯的含量有所提高，同時，在開采過程中，其壓力、放散量以及開采速度等都需要有所提高的。除此之外，深部水平開采過程中，對煤層瓦斯的控制是比較困難的。尤其是有一些高瓦斯礦井，其沒有較為健全的瓦斯治理組織機構，同時，其瓦斯防治管理制度、治理技術措施等均不健全，因此，其對瓦斯的治理能力是比較欠缺的，這也導致了在深部水平開采過程中，因為不能夠對瓦斯治理形成較為全面地控制技術，所以其在開采過程中是有一定的難度的，這也間接地妨礙了其開采的進度，降低了其工作效率。

基于此，本文就瓦斯的治理方面展開研究，從不同的層面著手，如煤層瓦斯賦存規律及地質保障、差異化抽采等，以期能夠形成較為完善的瓦斯治理技術體系，進而提高瓦斯治理水平。

1 進行煤礦瓦斯精細化管理的必要性

隨著近幾年自媒體的飛躍發展，有關煤礦事故的短視頻，無論大小逐漸都被曝光，這也證實了我國在煤礦開采過程中是出現事故較為嚴重的國家，通過研究發現，在開采煤礦過程中出現的事故，以瓦斯事故最為嚴重。煤礦開采逐漸向深部水平開采的過程中，其出現事故的概率也在逐漸增加中，最主要的原因在于，深部水平開采過程中，其煤層的透氣性變得越來越差，同時，煤層瓦斯的含量、擴散的速度等等，卻是在不斷增加的，因此，在深部水平開采過程中，對于瓦斯的治理卻相對變的越來越不容易，開采起來也變的越來越難。如果在深部水平開采過程中，仍然采用傳統的煤礦瓦斯治理手段以及管理模式的話，那么不僅會影響煤礦開采的進度，同時還會在煤礦開采過程中，存在一定的安全隱患。除此之外，在瓦斯治理過程中，其成本增加了，但效率和成效卻很低。因此，亟需對煤礦深部水平開采過程中瓦斯的治理進行改進，提高其治理的精確性，降低瓦斯治理的成本，進而能夠提高其工作效率。

2 瓦斯精細化治理技術體系

瓦斯精細化治理，主要是通過對其治理的技術標準、治理的方法等進行研究與探討，形成一種新的瓦斯治理技術流程，最終構成一種較為高效、快速的管理體系。

2.1 瓦斯精細化治理技術流程

在煤礦開采過程中，要想實現對瓦斯的高效治理，就必須首先對煤層瓦斯賦存規律進行研究，這種研究不能是淺顯的，需要對其進行深入且透徹的研究，這樣的話，就能夠充分掌握其規律，對其的相關參數，如：不同區域的煤層中瓦斯含量的分布特性以及煤層中瓦斯含量的多少等，為后期高效治理瓦斯奠定了良好的基礎。

之后，就需要對其進行抽采設計。進行抽采設計的前提就是對其煤層瓦斯賦存規律進行全面掌握，據此，設計出較為詳細的抽采設計方案。在進行抽采設計過程中，要保證做到差異性抽采，那么就需要在進行抽采的時候，將抽采的點差異性選取。除此之外，在設計抽采設計的時候，需要對抽采時間、抽采孔的直徑（或半徑）、抽采孔與孔之間的間距等進行考量，以確保抽采的合理性。在抽采完成以后，得出的結果，需要與抽采合格的標準進行對照，如果抽采能夠達到標準，那么就可以進行煤礦開采工作。

設計的抽采設計過程，不僅要考慮抽采，同時還要對回采過程進行監督、修正以及完善等。在回采過程中，要以完善后的抽采設計作為基礎，在此基礎上，預測回采過程中瓦斯的涌出量，進而能夠設計出一套較為合理的瓦斯治理方案。通過抽采以及回采的設計過程，不斷對其參數進行優化，最終實現瓦斯高效率的治理。其技術流程如圖1所示。

圖1 瓦斯精細化治理技術流程

2.2 煤層瓦斯賦存規律及地質保障研究

2.2.1 煤層瓦斯賦存規律研究技術流程

瓦斯是一種有毒的氣體，在煤礦開采過程中是必然會出現的，在煤層中會產出瓦斯氣體，而產出的瓦斯，可以直接存儲在煤層或圍巖中。煤礦地質不同，瓦斯的生產以及分布等，也是不一樣的，因此，要想提高對瓦斯含量的精準預測，就需要對瓦斯的地質規律有所掌握，這樣的話，就能夠為后期瓦斯治理措施以及參數設計奠定良好的理論基礎。

要想研究煤層瓦斯賦存規律，首先應從煤層瓦斯基本參數進行著手，接著在此基礎上，再對煤層瓦斯賦存規律進行研究。

2.2.2 多信息源煤層瓦斯基本參數的獲取

煤層瓦斯基本參數有很多種，具體如圖2所示，在對其進行獲取時，一般可以直接進行測定，還可以通過間接測定來獲得[1]。

圖2 煤層瓦斯基本參數

（1）實驗室煤層瓦斯基本參數的測定。將在現場獲取的煤層樣品，直接送至實驗室進行監測，即為：實驗室煤層瓦斯基本參數測定，在實驗室測得的煤層瓦斯基本參數具體包含如圖3所示。

圖3 實驗室煤層瓦斯基本參數

（2）現場瓦斯含量直接測定。與實驗室測定相反，現場瓦斯含量直接測定則是指在煤礦開采過程中，在開采現場直接選定合適的地點進行收集煤層樣品，直接進行測定瓦斯的損失含量，得出結果以后，再將測量后的樣品送到實驗室，進行瓦斯含量的解吸測定，通過現場測定的數據以及實驗室測出的結果，將其兩者進行結合，最終能夠準確的計算出煤層瓦斯的含量。

（3）瓦斯涌出量反演煤層瓦斯含量。瓦斯涌出量反演煤層瓦斯含量，顧名思義，就是通過在開采過程中瓦斯的涌出量，倒推出瓦斯的含量。

其中，瓦斯涌出量并不是一成不變的，其受煤質、開采速度等有關，因此，在計算瓦斯含量的時候，需要注意。

2.2.3 煤層瓦斯地質賦存規律研究

煤層瓦斯的地質狀況對煤層中瓦斯的產出、賦存以及分布等，都有一定的聯系。因此，要想研究煤層瓦斯地質賦存的規律，就必須探究地質作用因素對其的影響。影響瓦斯賦存的地質作用的因素具體如圖4所示。

圖4 影響瓦斯賦存的地質作用的因素

（1）構造運動演化對瓦斯賦存的影響。構造運動對瓦斯賦存有一定的影響，主要原因在于，構造運動包括拉伸、擠壓等，因此，在此過程中，瓦斯的產生、儲存等均會受到影響，同時，其還會根據構造運動的規模而產生相應的變動，進而對煤層瓦斯的賦存和分布產生一定的影響。

（2）頂底板巖性對瓦斯賦存的影響。瓦斯主要產生于煤層，儲存于煤層或圍巖，因此，煤層圍巖的性質將會對瓦斯儲存產生直接的影響，如果煤層圍巖的透氣性較好的話，那么瓦斯將會不容易儲存在內，煤層中瓦斯的含量將會變得越來越少，反之，如果圍巖的透氣性較差，那么這也就意味著瓦斯將會更容易被儲存，煤層中瓦斯的含量將會很高。

（3）煤變質程度對瓦斯賦存的影響。煤變質程度，又稱為是煤化程度，其對瓦斯含量有著直接的影響，如果煤變質程度越高，那么將會生成越來越多的瓦斯，相應的，煤層也能吸收、存儲更多的瓦斯，反之亦然。

（4）煤層埋藏深度與標高對瓦斯賦存的影響。煤層如果在地表暴露的話，那么煤層中的瓦斯將會很容易的擴散至空氣中，那么，將會導致煤層中瓦斯的含量變得越來越少。如果煤層在很深的地表內部，那么煤層以及圍巖中的透氣性將會大大變差，同時，其也不容易向地表滲透，因此，瓦斯的賦存將會變的越來越好。

（5）煤層厚度對瓦斯賦存的影響。影響瓦斯賦存的另外一重要因素，則是煤層的厚度。在其他條件均相同的情況下，如果煤層有很厚的厚度，那么其穩定性就會越好，相應的，其能夠產生出大量的瓦斯，那么煤層中瓦斯的含量也將會變得越來越濃郁，反之亦然[2]。

2.3 采前預抽論證及差異化抽采技術

2.3.1 差異化抽采技術流程

如若煤層瓦斯的基本參數已經確定，那么，在此基礎上，選用采前預抽論證及差異化抽采技術，將會對其有再進一步的精準掌握，同時，其技術是工作面是否進行抽采以及抽采參數設計的前提。

采前預抽論證及差異化抽采技術流程如圖5所示。

圖5 采前預抽論證及差異化抽采技術流程示意圖

2.3.2 工作面瓦斯抽采差異化布置

工作面瓦斯抽采差異化布置主要有兩方面的表現：其一，根據煤層瓦斯最原始的含量，選取瓦斯含量較低區域進行抽采；其二，根據要求，在開切眼附近、預抽達標時間較長區域進行提前部署，提前抽采。通過以上兩方面的結合，最終實現差異化布孔抽采，進而能夠在時間、成本、方式等方面得到最優，進而推進煤礦企業的高效率發展。

2.4 工作面回采期間瓦斯治理技術

2.4.1 回采工作面瓦斯治理技術流程

在“先抽后采、抽采達標”以后，回采工作面瓦斯治理才會開始工作，且是有針對性的，其最主要解決的問題是瓦斯泄漏，且是在工作面回采過程中出現，進而能夠保證回采的安全性，提高瓦斯治理的效率。

通過“一面一策”，提高瓦斯治理的精益求精，面對不同的瓦斯賦存狀況，有針對性的采取治理方案，結合多方位的考慮，最終制定回采期間瓦斯治理方案，方案確定好以后，開始驗證與實施，在此過程中，不斷地進行優化，最終達到最優治理的一個狀態，具體的回采期間瓦斯精細化治理技術流程如圖6所示。

圖6 回采期間瓦斯精細化治理技術流程圖

2.4.2 工作面瓦斯涌出量預測方法

影響工作面瓦斯涌出量的因素有很多，不同的因素對其的影響程度也是不一樣的，通過上文中提到的一些因素，能夠得出主要的影響因素有：瓦斯含量、煤層的厚度、煤層埋藏深度等。

工作面瓦斯涌出量預測方法有2種：分源預測法、礦山統計法。其中，應用最為廣泛的預測方法為：分源預測法，其原理主要是通過瓦斯涌出來源以及其涌出規律，以及其他的一些影響因素，最終計算出工作面瓦斯涌出量。

2.4.3 回采工作面瓦斯涌出來源分析

根據上文提到的，要想進行工作面瓦斯涌出量預測，就必須了解到工作面回采期間瓦斯涌出來源，而其瓦斯涌出來源主要包含有：開采層、鄰近層以及采空區等瓦斯的涌出。

3 結語

本文通過對煤礦瓦斯精細化治理的原因進行了分析，通過對煤層瓦斯賦存規律、抽采以及回采等進行了研究，在此基礎上，形成了煤礦瓦斯精細化治理技術流程，在瓦斯治理的過程中，不斷進行優化，最終能夠提高瓦斯治理效率、降低瓦斯治理成本，最終對煤礦企業的收益起到一個促進作用。