煤層瓦斯抽放影響因素及系統(tǒng)建立研究

許亮

（鄭煤集團(tuán)白坪煤業(yè)有限公司，河南 登封452470）

1 引言

隨著國(guó)家社會(huì)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)快速發(fā)展，能源結(jié)構(gòu)逐步調(diào)整趨于優(yōu)化，使煤礦開(kāi)采工程行業(yè)迎來(lái)了前所未有的重大發(fā)展機(jī)遇。當(dāng)前，煤礦開(kāi)采技術(shù)不斷創(chuàng)新，開(kāi)采設(shè)備趨于智能化、信息化、數(shù)字化，采掘量顯著增加，但由瓦斯所帶來(lái)的安全隱患卻始終威脅著煤礦開(kāi)采工程的有序進(jìn)行，瓦斯安全事故頻頻見(jiàn)諸報(bào)端。由于我國(guó)不同地域的地質(zhì)構(gòu)造存在明顯差異，無(wú)法在不同礦井采取統(tǒng)一化的瓦斯抽放方式。因此，根據(jù)不同煤礦的開(kāi)采實(shí)際情況，建立與礦井實(shí)際相符的瓦斯抽放系統(tǒng)，成為業(yè)內(nèi)廣泛關(guān)注的重大課題之一。

2 煤層瓦斯抽放中存在的問(wèn)題

2.1 對(duì)瓦斯抽放系統(tǒng)的管理落實(shí)不到位，瓦斯抽放方法單一

部分管理人員對(duì)瓦斯抽放的關(guān)鍵性認(rèn)識(shí)不足，瓦斯安全治理理念淡薄，片面追求經(jīng)濟(jì)效益，不能立足瓦斯治理新形勢(shì)，及時(shí)將瓦斯抽放的新理念、新技術(shù)、新方法應(yīng)用于礦井開(kāi)采實(shí)踐，表現(xiàn)為瓦斯抽放方法的單一性。同時(shí)，部分煤層受地質(zhì)結(jié)構(gòu)的影響，透氣性不良，導(dǎo)致抽放鉆孔坍塌問(wèn)題頻發(fā)，影響瓦斯抽放效果。加之個(gè)別礦井對(duì)瓦斯抽放系統(tǒng)的管理落實(shí)不到位，對(duì)瓦斯抽放安全的投入不足，無(wú)法起到應(yīng)有的安全保障作用[1]。

2.2 封孔質(zhì)量較差，與抽放系統(tǒng)不匹配

在煤層瓦斯抽放中，孔底負(fù)壓抽放是相對(duì)有效的技術(shù)方法之一?？紤]到瓦斯引流及強(qiáng)制性抽放等方面的要素，其封孔質(zhì)量的優(yōu)劣與瓦斯抽放效果的好壞密切相關(guān)。在當(dāng)前瓦斯抽放實(shí)踐中，部分礦井封孔采用水泥砂漿等材料，質(zhì)量較差，密封性不理想，影響瓦斯抽放的整體效果。

2.3 抽放管路沒(méi)有實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)布置，各泵站調(diào)換抽放地點(diǎn)時(shí)施工困難

由于抽放管理未能實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)布置，在更換泵站抽放地點(diǎn)時(shí)，需先行對(duì)相應(yīng)的三通和短節(jié)進(jìn)行加工處理，并通過(guò)大量人力物力的消耗完成更換操作，施工流程相對(duì)復(fù)雜煩瑣，阻礙了抽放效率的提升。

3 影響煤層瓦斯抽放的因素分析

為提高瓦斯抽放系統(tǒng)建立的實(shí)效性與針對(duì)性，必須以煤層瓦斯抽放的影響因素為基礎(chǔ)與參考。整體而言，影響煤層瓦斯抽放的因素是多方面的，既有煤層形成背景因素，也有后期環(huán)境發(fā)展要素。只有深入分析與掌握這些影響因素，才能確保瓦斯抽放系統(tǒng)的可靠運(yùn)行[2]。

3.1 地質(zhì)構(gòu)造

地質(zhì)構(gòu)造因素是影響瓦斯賦存的最重要因素之一。在大多數(shù)煤層中，瓦斯的存在狀態(tài)為游離式或吸附式，且含量隨著煤層變質(zhì)程度的增加而增多。礦井的生產(chǎn)環(huán)境往往為褶皺結(jié)構(gòu)，大量瓦斯存在于褶曲結(jié)構(gòu)中，瓦斯存量越多，對(duì)煤礦開(kāi)采的威脅越大。在斷層結(jié)構(gòu)中，瓦斯含量變化起伏明顯，因瓦斯在開(kāi)放性斷層的裂隙中的散逸速度較快，因而含量相對(duì)較低。而在密閉性的斷層中，由于裂隙數(shù)量不足，瓦斯散逸效果差，因而含量相對(duì)較多。

3.2 埋藏深度

不同的煤炭資源具有不同的埋藏深度。通常而言，隨著煤炭資源埋藏深度的加深，地應(yīng)力逐漸增強(qiáng)，相應(yīng)的瓦斯含量也趨于激增。在特定區(qū)域范圍內(nèi)，煤層相對(duì)穩(wěn)定固化，縫隙發(fā)育欠充分，極易使瓦斯大量積聚。實(shí)踐證明，在地質(zhì)條件相對(duì)穩(wěn)定的基礎(chǔ)上，埋藏深度越大的煤層往往具有更高的瓦斯含量，且瓦斯含量的變化起伏較小[3]。

3.3 煤層傾角

對(duì)于其他地質(zhì)要素相對(duì)穩(wěn)定的條件來(lái)說(shuō)，煤層傾角的大小同樣是影響瓦斯含量的重要因素。隨著煤層傾角的增減，煤層內(nèi)部賦存的瓦斯含量也表現(xiàn)出相應(yīng)的變化。致使煤層瓦斯含量較高的原因是煤層頂?shù)装逯械馁x存情況，煤層傾角越大，相應(yīng)的瓦斯運(yùn)動(dòng)狀態(tài)越活躍，瓦斯的流動(dòng)性更強(qiáng)，進(jìn)而使全面煤層區(qū)域范圍內(nèi)的瓦斯含量趨于降低。

3.4 煤層透氣性

煤層具有透氣性，煤層物理性質(zhì)的不同決定了煤層透氣性的不同。一般而言，煤層的透氣性越優(yōu)良，瓦斯流動(dòng)性越理想，相應(yīng)的瓦斯含量便會(huì)越少。反之，煤層透氣性越差，瓦斯流動(dòng)困難，易形成集聚，濃度上升。研究表明，在煤與瓦斯突出的礦井中，煤層透氣性不足是造成瓦斯?jié)舛冗^(guò)高的關(guān)鍵所在[4]。

4 煤層瓦斯抽放系統(tǒng)的建立探討

煤層瓦斯抽放系統(tǒng)的建立是一項(xiàng)技術(shù)性較強(qiáng)的綜合性工作，涉及要素眾多，需要綜合統(tǒng)籌考慮多方面影響因素，從宏觀著眼，微觀入手，通過(guò)應(yīng)用科學(xué)合理的因素分析法，掌握每一項(xiàng)影響要素可能帶來(lái)的影響深度，進(jìn)而厘清影響因素的先后次序關(guān)系。

4.1 建立瓦斯抽放系統(tǒng)的原則

在瓦斯治理實(shí)踐中，既要考慮實(shí)際抽放效果，又要講究技術(shù)性、經(jīng)濟(jì)性、整體性、可操作性等，避免從單一方面考慮問(wèn)題。首先，要將預(yù)先抽放與日常抽放相結(jié)合，以有效降低礦井瓦斯?jié)舛?，同時(shí)，抽放出的瓦斯可向能源動(dòng)力轉(zhuǎn)化，提高了利用率，一定程度上增加了經(jīng)濟(jì)效益。其次，要做到因地制宜，立足客觀實(shí)際環(huán)境，提高瓦斯抽放系統(tǒng)的適用性。在整個(gè)煤層中，均存在瓦斯賦存，在考慮回采工作面煤層的瓦斯治理時(shí)，不可漠視其他可能產(chǎn)生瓦斯的區(qū)域，例如，鄰近煤層瓦斯溢出、采空區(qū)密閉不良致使瓦斯突出等，這些要素對(duì)于瓦斯抽放系統(tǒng)的運(yùn)行均有深刻影響。再次，要積極借鑒國(guó)內(nèi)、國(guó)外先進(jìn)理念，密切關(guān)注瓦斯抽放系統(tǒng)的最新方法與模式，提高抽放系統(tǒng)的科學(xué)性與規(guī)范性。對(duì)此，要全面搜集煤層地質(zhì)信息，了解瓦斯賦存情況，全面梳理不同影響要素的先后關(guān)系，進(jìn)而對(duì)瓦斯抽放系統(tǒng)的整體功能進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，全面提升抽放系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。最后，煤層瓦斯抽放系統(tǒng)建立完成并投入應(yīng)用后，要注重后期管理與維護(hù)，安排專責(zé)部門負(fù)責(zé)檢查、記錄、管理，并形成有關(guān)資料，存檔備查[5]。

4.2 瓦斯抽放系統(tǒng)建立的方法

在煤礦開(kāi)采工程中，瓦斯抽放系統(tǒng)的運(yùn)行要以服務(wù)全礦井為出發(fā)點(diǎn)。抽放系統(tǒng)的合理性與否，直接關(guān)系到礦井生產(chǎn)工作的順暢程度。在大多數(shù)煤礦開(kāi)采工程實(shí)踐中，瓦斯來(lái)源基本相同，包括工作面自身的瓦斯，也包括鄰近煤層與巖層中原本處于吸附狀態(tài)經(jīng)擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)而釋放出的瓦斯。因此，瓦斯抽放系統(tǒng)的建立要充分考慮并準(zhǔn)確測(cè)定各個(gè)不同來(lái)源的瓦斯。在抽放方法的選擇上，要選擇聯(lián)合抽放法，避免單一方法的片面應(yīng)用，并注重日常管理。當(dāng)近距離煤層群中的解放層被開(kāi)采后，相鄰煤層的瓦斯往往難以第一時(shí)間被抽放，進(jìn)而導(dǎo)致大量瓦斯溢出開(kāi)采層工作面。在這種狀況下，若單純地使用鉆孔法僅抽放相鄰煤層的瓦斯，難以實(shí)現(xiàn)理想效果，因此，需要同時(shí)采取巷道抽放、采空區(qū)抽放等多種抽放方法。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在當(dāng)前各種技術(shù)條件下，煤層瓦斯抽放實(shí)踐中依舊存在著多方面的缺陷與不足，制約著煤礦開(kāi)采工程的安全有序開(kāi)展，同時(shí)，影響煤層瓦斯抽放的因素是多方面的，有關(guān)人員應(yīng)該立足不同的煤礦開(kāi)采工程的實(shí)際情況，充分遵循瓦斯抽放的基本規(guī)律，建立行之有效的煤層瓦斯抽放系統(tǒng)，并使其始終保持在高效運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，服務(wù)于煤礦開(kāi)采工程實(shí)踐，為實(shí)現(xiàn)整個(gè)礦井的安全高效生產(chǎn)提供堅(jiān)實(shí)可靠的基礎(chǔ)保障。