低透高瓦斯煤層安全開采關(guān)鍵技術(shù)研究

張紅賓

摘要：文章主要是分析了低透高瓦斯內(nèi)層群卸壓開采抽采瓦斯的相關(guān)理論，同時(shí)講解了低透高瓦斯煤層群開采的關(guān)鍵技術(shù)，望能為有關(guān)人員提供到一定的參考和幫助。

關(guān)鍵詞：高瓦斯煤層全;安全開采;技術(shù)

一、前言

近年來(lái)，我國(guó)煤礦井下開采深度的不斷增加以及開采強(qiáng)度的逐漸增大，導(dǎo)致地質(zhì)條件也隨之而變得復(fù)雜。瓦斯作為一種爆炸性氣體會(huì)對(duì)井下工作人員的生命安全造成很大的威脅。在高瓦斯突出礦井中常發(fā)生瓦斯爆炸的情況，這會(huì)給煤礦企業(yè)帶來(lái)了非常嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失，且會(huì)導(dǎo)致人員傷亡情況，為此需要采取到科學(xué)合理的措施來(lái)有效確保到高瓦斯煤層群的生產(chǎn)。

二、低透高瓦斯煤層群的概況

隨著煤礦的開采量不斷提高以及煤礦開采深度的不斷增加，地質(zhì)條件的復(fù)雜性使得煤礦生產(chǎn)的安全性要求也越來(lái)越高，所以如何有效解決低透高瓦斯煤層群安全開采過(guò)程中的瓦斯災(zāi)害，為礦井生產(chǎn)提供有力的安全保障，成為了人們關(guān)注的焦點(diǎn)問(wèn)題。但是瓦斯作為一種經(jīng)濟(jì)、環(huán)保的高效能源，可以給生產(chǎn)生活帶來(lái)許多便利，因此對(duì)于瓦斯的處理問(wèn)題不單單是依靠抽放的方式避免瓦斯災(zāi)害給礦井生產(chǎn)帶來(lái)的威脅，更重要的是在改善礦井生產(chǎn)的同時(shí)合理的開發(fā)利用這種燃料資源。現(xiàn)階段煤礦與瓦斯共同開采技術(shù)是對(duì)傳統(tǒng)瓦斯治理技術(shù)的一種革新，從低透高瓦斯煤層群中抽采利用瓦斯已經(jīng)進(jìn)入了礦井生產(chǎn)的正常工藝流程。從而有效的提升礦井生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

三、保護(hù)層開采卸壓抽采瓦斯機(jī)制

長(zhǎng)期理論研究和突出危險(xiǎn)煤層的開采實(shí)踐證明，對(duì)于低透高瓦斯煤層群條件，開采保護(hù)層和預(yù)抽被保護(hù)區(qū)煤層瓦斯是有效防治煤與瓦斯突出和實(shí)現(xiàn)安全本質(zhì)型生產(chǎn)的區(qū)域性措施，該方法可以避免長(zhǎng)期與突出危險(xiǎn)煤層處于短兵相接狀態(tài)，提高了防治煤與瓦斯突出措施的安全性和可靠性。突出危險(xiǎn)煤層透氣性通常比較低，直接進(jìn)行原始煤體抽采瓦斯消突，需鉆孔布置密集、抽放時(shí)間長(zhǎng)，且效果差。利用保護(hù)層開采形成的卸壓作用，可極大地提高被保護(hù)煤層的透氣性。根據(jù)保護(hù)層開采的具體情況，配合各種形式的卸壓瓦斯抽采，能夠抽出大的卸壓瓦斯，不但能消除被保護(hù)區(qū)域煤體的突出危險(xiǎn)性，而且能夠減小保護(hù)層和被保護(hù)層工作面回采的瓦斯涌出，保障回采過(guò)程的安全、高效。另外，抽出的大量高濃度瓦斯可以開發(fā)利用，如發(fā)電和民用，減少了大量溫室氣體的排放，不但促進(jìn)了高效潔凈能源的利用，而且保護(hù)了人類的生存環(huán)境。保護(hù)層開采后，巖體中形成自由空間，破壞了原巖應(yīng)力平衡，巖體向采空區(qū)方向移動(dòng)，發(fā)生頂板冒落與下沉和底板鼓起等現(xiàn)象。煤層與巖體發(fā)生卸壓、膨脹，同時(shí)產(chǎn)生大小不同的裂縫， 透氣性增大， 卸壓瓦斯得以排放， 瓦斯壓力和含量下降，煤體變硬， 進(jìn)而達(dá)到消除煤層突出危險(xiǎn)性的目的。傳統(tǒng)保護(hù)層開采技術(shù)的核心是被保護(hù)層的卸壓作用和卸壓瓦斯通過(guò)開采形成層間裂隙的自然排放， 目的是為了消除被保護(hù)層的煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性。 隨著保護(hù)層開采技術(shù)的發(fā)展， 其技術(shù)核心已經(jīng)轉(zhuǎn)化為被保護(hù)層的卸壓作用和卸壓瓦斯的強(qiáng)化抽采。 這樣既可以降低保護(hù)層工作面回采過(guò)程中的瓦斯涌出，實(shí)現(xiàn)保護(hù)層工作面的安全回采; 又可以降低被保護(hù)層的瓦斯壓力和含量， 變高瓦斯突出危險(xiǎn)煤層為低瓦斯無(wú)突出危險(xiǎn)煤層， 實(shí)現(xiàn)被保護(hù)層煤和瓦斯資源的安全高效開采。

四、低透高瓦斯煤層群開采的關(guān)鍵技術(shù)

在對(duì)低透高瓦斯煤層群進(jìn)行開采的過(guò)程中，需要采取有效的措施來(lái)預(yù)防瓦斯爆炸事故的發(fā)生。瓦斯的合理利用由于礦井中的瓦斯是客觀存在的，尤其是在低透高瓦斯煤層群當(dāng)中瓦斯災(zāi)害更加需要引起重視，所以要防止瓦斯爆炸事故的發(fā)生，主要目的就是通過(guò)抽放來(lái)減小煤體中賦存的瓦斯含量，即切斷瓦斯涌出的源頭或者減少瓦斯來(lái)源。而且對(duì)于低透高瓦斯煤層來(lái)說(shuō)，瓦斯抽放的效果顯得尤為重要，為了能夠增加瓦斯的回收利用率，需要將傳統(tǒng)抽放的方式改為全面卸壓開采抽采瓦斯的方法。卸壓開采抽采瓦斯的技術(shù)要點(diǎn)如下：

（一）低透高瓦斯煤層群保護(hù)層開采卸壓抽采瓦斯

在低透高瓦斯煤層群當(dāng)中，保護(hù)層的開采和瓦斯抽采是解決危險(xiǎn)煤層與瓦斯突出和實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)的有效措施。由于保護(hù)層透氣性較低，直接對(duì)原始煤層進(jìn)行瓦斯抽采不僅需要布置密集的鉆孔、而且抽放時(shí)間長(zhǎng)，效果不佳。此外，傳統(tǒng)的低透高瓦斯煤層群開采技術(shù)主要是以自然排放的方式消除瓦斯災(zāi)害，這種方法顯然不利于瓦斯的有效利用。通過(guò)對(duì)保護(hù)層的實(shí)際情況進(jìn)行分析可以發(fā)現(xiàn)，煤層開采的過(guò)程中破壞了巖體周圍的結(jié)構(gòu)，此時(shí)支承壓力、支承邊界條件、頂板懸露面積都在發(fā)生變化，沿著煤層開采的方向由于受到支承壓力的影響，頂、底板巖層需要經(jīng)過(guò)壓縮、膨脹等過(guò)程，從而產(chǎn)生頂板冒落以及下沉現(xiàn)象，并且伴隨著大量裂縫的產(chǎn)生，此時(shí)瓦斯可以迅速流動(dòng)并匯集到巖體裂隙區(qū)域內(nèi)，因此可以通過(guò)卸壓抽采的方式，把瓦斯抽采鉆孔布置在裂隙區(qū)內(nèi)，由于瓦斯具有浮動(dòng)性和滲流性，大量的瓦斯會(huì)沿巖體裂隙通道匯集在-起，從而在巖體環(huán)形裂隙圈內(nèi)形成瓦斯積存庫(kù)。把抽采鉆孔布置在裂隙區(qū)內(nèi)可以降低保護(hù)層工作面回采過(guò)程中的瓦斯涌出，實(shí)現(xiàn)保護(hù)層工作面的安全回采，又可以降低保護(hù)層的瓦斯壓力和含量，變高瓦斯突出危險(xiǎn)煤層為低瓦斯無(wú)突出危險(xiǎn)煤層，實(shí)現(xiàn)了煤礦與瓦斯資源的高效利用。

（二）低透高瓦斯煤層群保護(hù)層開采卸壓范圍

保護(hù)層開采卸壓范圍是影響礦井安全生產(chǎn)的重要因素，距離保護(hù)層的距離越近，膨脹變形的程度越大，此時(shí)可以進(jìn)行充分卸壓并且能夠獲得理想的保護(hù)效果。通過(guò)巖體力學(xué)的主要參數(shù)以及煤礦開采的數(shù)據(jù)資料模擬開采空間頂板冒落以及裂隙發(fā)育的特征，根據(jù)巖層移動(dòng)理論以及數(shù)據(jù)分析的方式確定出裂隙區(qū)域的具體方位。通?？梢园凑昭刈呦蝽?、底板應(yīng)力分布的規(guī)律以及沿傾向頂、底板巖體應(yīng)力分布的規(guī)律。其中沿走向頂、底板應(yīng)力分布的規(guī)律是指低透高瓦斯煤層群上保護(hù)層開采時(shí)需要沿著煤層走向的卸壓范圍向深度方向收斂，而下保護(hù)層的開采則需要沿著煤層走向的卸壓范圍向高度方向發(fā)散，并且確保巖體應(yīng)力狀態(tài)呈左右對(duì)稱的形態(tài);沿傾向頂、底板巖體應(yīng)力分布的規(guī)律主要是指在開采低透高瓦斯煤層群_上保護(hù)層以及下保護(hù)層時(shí)，傾向卸壓方向的應(yīng)力分布呈不對(duì)稱狀態(tài)。開采上保護(hù)層是沿煤層傾向的卸壓范圍向深度方向收斂，且下山側(cè)的傾向卸壓角大于上山側(cè)的傾向卸壓角;開采下保護(hù)層是需要沿著煤層傾向的卸壓范圍向高度方向發(fā)散，且下山側(cè)的傾向卸壓角小于上山側(cè)的傾向卸壓角。

（三）嚴(yán)格執(zhí)行低透高瓦斯煤層群的瓦斯監(jiān)控以及管理

保持低透高瓦斯煤層群礦井巷道良好的通風(fēng)效果，也可以有效地避免瓦斯爆炸的發(fā)生。加強(qiáng)通風(fēng)的有效措施包括：合理的選擇通風(fēng)系統(tǒng)，并對(duì)低透高瓦斯煤層群巷道內(nèi)的通風(fēng)情況進(jìn)行科學(xué)規(guī)劃，確保每一個(gè)工作區(qū)域都有足夠風(fēng)量，最大限度的降低瓦斯?jié)舛?。雖然低透高瓦斯煤層群瓦斯的抽采以及通風(fēng)設(shè)施都已經(jīng)準(zhǔn)備到位，但由于管理者疏于管理對(duì)瓦斯監(jiān)控制度執(zhí)行不嚴(yán)，也容易導(dǎo)致瓦斯事故的產(chǎn)生。這就要求管理者必須嚴(yán)格落實(shí)煤礦企業(yè)安全生產(chǎn)的主體責(zé)任，完善瓦斯監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)，加大對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的安全監(jiān)管力度，進(jìn)一步健全“通風(fēng)可靠、抽采達(dá)標(biāo)、監(jiān)控有效、管理到位”的煤礦瓦斯綜合防治工作體系。

五、結(jié)束語(yǔ)

由上可知，低透高瓦斯煤層群容易受到外界因素的影響，然后給煤礦開采工作帶來(lái)了一定的困難，且再加上瓦斯含量在較高的情況下容易發(fā)生爆炸，這些問(wèn)題的存在嚴(yán)重影響到了礦井生產(chǎn)的發(fā)展，為此有關(guān)人員應(yīng)當(dāng)采取到科學(xué)合理的措施，才能有效提升到低透高瓦斯煤層群的開采安全高效性。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊楓， 鄭金龍. 近距離煤層群下保護(hù)層開采卸壓保護(hù)效果研究[J]. 煤炭技術(shù)， 2020.