煤礦瓦斯治理與煤層氣開(kāi)發(fā)探討

焦煤集團(tuán) 古漢山礦 通風(fēng)隊(duì) 臧東偉

焦煤集團(tuán) 古漢山礦 安監(jiān)科 劉小亮

煤礦瓦斯治理與煤層氣開(kāi)發(fā)探討

焦煤集團(tuán) 古漢山礦 通風(fēng)隊(duì) 臧東偉

焦煤集團(tuán) 古漢山礦 安監(jiān)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(lái)，雖然國(guó)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(fā)生，但瓦斯爆炸仍是目前影響煤礦安全的主要問(wèn)題。瓦斯的有效防治，是值得煤礦行業(yè)人員研究的一個(gè)課題。

一、轉(zhuǎn)變視角，利用瓦斯

在長(zhǎng)期瓦斯治理防護(hù)過(guò)程中，人們逐漸認(rèn)識(shí)到，瓦斯在爆炸同時(shí)，產(chǎn)生了巨大的能量，只要能加以合理的開(kāi)發(fā)利用，瓦斯就會(huì)變成一種資源。因此，對(duì)瓦斯進(jìn)行有效抽放，不僅可以解決瓦斯引起的各種災(zāi)害，也有效利用了瓦斯。

地面抽放和井下抽放是常見(jiàn)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(huán)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(chǎn)提供一個(gè)安全的環(huán)境。最后，瓦斯作為一種可利用的自然資源，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益。

有關(guān)專家通過(guò)研究我國(guó)境內(nèi)的高瓦斯煤礦區(qū)的條件和特征發(fā)現(xiàn)，我國(guó)地層多為煤層群，而且透氣性低；結(jié)合我國(guó)成功治理煤礦瓦斯問(wèn)題的經(jīng)驗(yàn)，提出了“瓦斯和煤層群二者高效共采”這一概念。在開(kāi)采煤層群時(shí)，先將瓦斯含量很低、危險(xiǎn)系數(shù)也很低的第一采煤層開(kāi)采出來(lái)，利用其采動(dòng)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(huì)以幾何倍數(shù)增長(zhǎng)，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(lái)，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(kāi)采的安全；還降低了泄壓煤層的瓦斯含量，為安全生產(chǎn)和高效采煤提供了安全的環(huán)境，實(shí)現(xiàn)了兩種資源的高效共采。

二、開(kāi)發(fā)瓦斯的特殊性

低透氣性、易流變性和可壓密性是我國(guó)許多高瓦斯礦區(qū)煤層共有的特征。隨著煤炭開(kāi)采的進(jìn)行，開(kāi)采深度逐漸增大，增加梯度已經(jīng)達(dá)到l0 m/a。2008年統(tǒng)計(jì)表明，我國(guó)有184處重點(diǎn)煤礦限制的開(kāi)采深度已經(jīng)超過(guò)了600 m；有504處煤礦的最終開(kāi)采深度超過(guò)600 m，占到開(kāi)采總煤礦的50% ～ 59%，其中有89處礦井的最終采深超過(guò)了1 000 m。中深礦井的數(shù)量明顯增多，深礦井?dāng)?shù)量幾乎是成倍增長(zhǎng)；高瓦斯礦井和煤與瓦斯突出礦井的數(shù)量也在迅速增長(zhǎng)。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?jié)B透性就越低，因而，對(duì)于瓦斯的抽放也就越困難。

由于我國(guó)瓦斯煤層的透氣性太低，瓦斯抽放無(wú)論是地面抽取還是地下抽取，都有很大的難度。只有通過(guò)促進(jìn)煤層裂隙的發(fā)生，才能增加煤層的透氣性，從而優(yōu)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(kāi)采煤層的保護(hù)層，這樣能減小煤層的地應(yīng)力，從而使瓦斯煤層卸壓、增透、增流的作用得以實(shí)現(xiàn)。這種開(kāi)采保護(hù)層和瓦斯抽放結(jié)合的方式需要在開(kāi)采煤層之前進(jìn)行。另外一種方法就是在煤層開(kāi)采過(guò)程中，通過(guò)水力壓裂、水力割縫等水力化措施及預(yù)裂爆破等方式，使煤體內(nèi)的裂隙得到提速發(fā)育，改變媒體結(jié)構(gòu)，提供一條良好的通道用來(lái)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(shè)備，而且工藝技術(shù)較復(fù)雜，所以沒(méi)有得到大力的推廣使用。

1.保護(hù)層開(kāi)采和卸壓、增透抽采瓦斯的工藝。在覆巖采動(dòng)裂隙中，O形圈的存在會(huì)使松軟和透氣性低的高瓦斯煤層群保護(hù)層在開(kāi)采的過(guò)程中產(chǎn)生縫隙，這主要是由于頂?shù)装鍘r層冒落和移動(dòng)造成的。

2.采動(dòng)區(qū)、采空區(qū)瓦斯抽放工藝。由于我國(guó)大多礦區(qū)都屬于低透氣性礦區(qū)， 導(dǎo)致我國(guó)地面鉆井抽采壓裂媒體和原始媒體的效果不太理想?；诖耍诔椴蛇^(guò)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(yōu)點(diǎn)，第一，瓦斯抽放作業(yè)在地面上完成施工，這樣能緩解采掘接續(xù)的緊張局面，不會(huì)影響煤層開(kāi)采的推進(jìn)工作。第二，若抽采技術(shù)和方法適宜得當(dāng)，抽采效果會(huì)十分理想，會(huì)在很大程度上降低臨近煤層的瓦斯涌出量，進(jìn)而減小煤層的突出危險(xiǎn)性，為高瓦斯煤層開(kāi)采的安全進(jìn)行提供了重要保障。第三，抽放時(shí)，若進(jìn)行頂、底板瓦斯抽放巷抽放，工程量會(huì)很大，而且花費(fèi)也很大，還會(huì)影響正常開(kāi)采工作的順利進(jìn)行?？偟膩?lái)說(shuō)，地面鉆井瓦斯抽放效果十分理想，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

在未來(lái)的煤礦工作中，瓦斯綜合治理巷道的長(zhǎng)度會(huì)隨著回采工作面長(zhǎng)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(xiàng)目在回采工作完成后不能完成總工作量的一半，被動(dòng)滯后的局面嚴(yán)重阻礙了生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)效益的進(jìn)步。因此，相關(guān)研究人員進(jìn)行了煤炭礦區(qū)地面鉆井和采空區(qū)瓦斯抽放以及井下瓦斯抽放試驗(yàn)，能夠?qū)崿F(xiàn)煤與瓦斯的安全共采，并同時(shí)為松軟、低滲透復(fù)雜煤層開(kāi)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(shù)。要想確保安全采煤，減少瓦斯事故，采取綜合瓦斯抽放技術(shù)勢(shì)在必行。在一定條件下，先開(kāi)采保護(hù)層，卸壓瓦斯在保護(hù)層的抽放，能有效控制鄰近煤層卸壓瓦斯的涌出量，同時(shí)還能提高保護(hù)層的瓦斯突出危險(xiǎn)系數(shù)。而在開(kāi)采煤層的工藝和技術(shù)上，可采取一定的技術(shù)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(guī)抽放和強(qiáng)化抽放相結(jié)合，確保采煤工作的安全、順利進(jìn)行。

充分利用空間和時(shí)間是綜合瓦斯抽放技術(shù)的最大優(yōu)勢(shì)之一。實(shí)踐表明，多元化、立體化和經(jīng)濟(jì)化是瓦斯抽放技術(shù)體系發(fā)展的主要趨勢(shì)之一。此外，可控制的定向鉆機(jī)，依靠萬(wàn)向節(jié)連接鉆桿，可以向各個(gè)角度彎曲，對(duì)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(jīng)濟(jì)效率是瓦斯抽放技術(shù)發(fā)展的目標(biāo)和方向。

四、煤層瓦斯開(kāi)發(fā)利用的瓶頸

在我國(guó)境內(nèi)，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(jìn)展十分緩慢。調(diào)查顯示，近年來(lái)，我國(guó)實(shí)際每年的煤礦瓦斯抽放量?jī)H占到實(shí)際涌出量的1/4，瓦斯實(shí)際抽放總量不到30億m3。瓦斯抽放系統(tǒng)對(duì)于小型煤礦來(lái)說(shuō)還很遙遠(yuǎn)，排除瓦斯只能是井下通風(fēng)。在355處大型重點(diǎn)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(duì)于抽放的瓦斯的利用水平卻很低，總之，我國(guó)目前尚不能有效地控制瓦斯災(zāi)害。

五、結(jié)論

1.對(duì)于一些有保護(hù)層開(kāi)采條件的煤礦，應(yīng)充分將瓦斯抽采和保護(hù)層開(kāi)采二者有機(jī)結(jié)合，進(jìn)行處理。

2.在條件滿足的情況下，采動(dòng)區(qū)和采空區(qū)的瓦斯抽放應(yīng)在地面上進(jìn)行。

3.立體化、多元化和經(jīng)濟(jì)化的發(fā)展方向是瓦斯未來(lái)的主要發(fā)展趨勢(shì)。三方面的技術(shù)的日益成熟，為高瓦斯煤礦瓦斯的治理提供了明確的導(dǎo)向。