煤礦瓦斯精細(xì)化治理技術(shù)研究

顏紅明

（華能云南滇東能源有限責(zé)任公司礦業(yè)分公司，云南 富源 655599）

引言

對于我國煤礦而言，瓦斯事故是導(dǎo)致煤礦出現(xiàn)安全事故的主要原因。伴隨著煤礦技術(shù)的不斷進(jìn)步，我國的煤礦安全事故也開始越來越少，同時煤礦瓦斯事故也變得越來越少。由此可見，加強(qiáng)瓦斯管理防治能夠有效提升我國煤礦安全生產(chǎn)的效果，還能夠為煤礦的生產(chǎn)工作提供了保障。本文主要結(jié)合現(xiàn)階段我國煤礦瓦斯治理現(xiàn)狀展開了分析，同時還對煤礦瓦斯治理提出了針對性的措施，希望我國煤礦行業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展能夠得到保障。

一、瓦斯危害

（一）產(chǎn)生有毒氣體：因為瓦斯無味無色，很難被發(fā)現(xiàn)

在開采煤礦時，如果開采工人不能夠及時發(fā)現(xiàn)瓦斯泄露，就會因為大量吸入瓦斯氣體而造成工人中毒甚至死亡，更加嚴(yán)重的是如果瓦斯氣體達(dá)到一定濃度，就會引發(fā)煤礦爆炸，摧毀挖煤設(shè)備，引起火災(zāi)，不僅為煤礦帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失，還會損害煤礦工人的生命安全。

（二）高溫危害：瓦斯發(fā)生爆炸時，會在瞬間產(chǎn)生高溫?zé)崃浚貏e是煤礦內(nèi)發(fā)生瓦斯爆炸的時候，在爆炸瞬間，可將溫度提升到186℃，嚴(yán)重可以達(dá)到260℃高溫。不但可能引起煤礦內(nèi)坍塌，還會對工人產(chǎn)生灼傷，威脅工人生命。

（三）沖擊波危害：瓦斯發(fā)生爆炸會產(chǎn)生爆炸沖擊波，有著極大的沖擊威力，可以直接對附近環(huán)境和人身體造成傷害，并且隨著超音波的增多，其破壞力和沖擊力會進(jìn)一步加大。

二、瓦斯治理精細(xì)化的必要性

我國是煤礦事故較嚴(yán)重的國家，特別是瓦斯災(zāi)害事故，給礦井安全生產(chǎn)帶來嚴(yán)重威脅。尤其是礦井逐步轉(zhuǎn)入深部水平開采，煤層的透氣性逐漸降低，煤層瓦斯含量、壓力、放散量和速度逐漸增加，深部礦井復(fù)雜的應(yīng)力、瓦斯和構(gòu)造條件，瓦斯治理難度進(jìn)一步加大。煤礦瓦斯治理繼續(xù)采用傳統(tǒng)治理手段和管理模式時，以至于在礦井生產(chǎn)過程中，瓦斯治理往往處于被動局面，瓦斯治理投入大，成本高、效率低，瓦斯治理效果不佳，不能完全滿足礦井安全生產(chǎn)的需要。因此，礦井瓦斯治理必須改變傳統(tǒng)的治理模式，以瓦斯精細(xì)化治理為先導(dǎo)，構(gòu)建瓦斯治理精細(xì)化技術(shù)流程，實現(xiàn)礦井瓦斯高效防治技術(shù)流程體系，有效降低瓦斯治理成本，提高瓦斯治理效率。

三、我國煤礦瓦斯防治治理技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r

自2020 年初至年底我國共發(fā)生煤礦事故122 起、死亡225 人，相較于2019 年同比下降28.2%和28.8%；是新中國成立以來首次全年未發(fā)生重特大瓦斯事故的一年。很長一段時間，“瓦斯爆炸”曾幾乎成為煤礦事故的代名詞。據(jù)國家礦山安監(jiān)局統(tǒng)計，在2002 年至2019 年，煤礦瓦斯事故死亡人數(shù)占煤礦事故全部死亡人數(shù)約1/3，其中僅2005 年就發(fā)生414 起、導(dǎo)致2171 人死亡，平均每天發(fā)生1.13 起。2020 年全國共發(fā)生煤礦瓦斯事故7 起，死亡30 人，與2019 年相比分別下降74.1%和74.6%，其中多個曾經(jīng)的瓦斯重災(zāi)省份今年未發(fā)生瓦斯事故。2020 年，煤炭產(chǎn)量較往年略有增長，但瓦斯事故大幅下降，最主要的原因是強(qiáng)力推進(jìn)瓦斯“零超限”和煤層“零突出”目標(biāo)管理、瓦斯超前治理和專項監(jiān)管監(jiān)察。2020 年，我國所有正常生產(chǎn)建設(shè)煤礦全部實現(xiàn)了安全監(jiān)控系統(tǒng)升級聯(lián)網(wǎng)、在線監(jiān)測，就像我們的耳目一樣，哪家煤礦瓦斯只要有超限，各級監(jiān)管監(jiān)察部門就能及時看到并采取相應(yīng)措施。近年來完善法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)、加快淘汰退出不具備瓦斯防治能力的煤礦、強(qiáng)化“瓦斯超限就是事故”理念等也為瓦斯治理奠定了良好基礎(chǔ)。但這并不意味著，對于瓦斯事故風(fēng)險可以高枕無憂。目前全國還有840 處高瓦斯、719 處煤與瓦斯突出煤礦。隨著開采深度不斷增加，部分煤礦由低瓦斯向高突礦井演變。由于現(xiàn)階段受到技術(shù)手段方面的限制，導(dǎo)致煤礦行業(yè)在收集瓦斯數(shù)據(jù)過程中在其完整性上還存在著一定的難度，這也就導(dǎo)致煤礦的瓦斯含量和突出等級預(yù)測中存在的誤差較大，但其實這些數(shù)據(jù)本身就不夠準(zhǔn)確，如果依靠他們來進(jìn)行預(yù)測，一定會導(dǎo)致誤差增大，就目前而言，我國的煤礦自然條件還相對較差，同時其地質(zhì)條件也較為復(fù)雜。受到特殊的工作環(huán)境影響，導(dǎo)致我國煤礦工作人員的工作難度日益提升。

四、我國煤礦瓦斯治理問題

（一）對瓦斯治理工作不夠重視

雖然國家已經(jīng)對煤礦企業(yè)瓦斯治理提出了更明確的要求，大部分煤礦企業(yè)也已經(jīng)在該方面做出了一定的改善，但還有一些煤礦企業(yè)對于瓦斯治理工作的重視程度沒有達(dá)到要求，或者還存在有些企業(yè)對治理工作中某方面的忽視，甚至還會出現(xiàn)企業(yè)為了經(jīng)濟(jì)效益，而降低煤炭開采和瓦斯治理的要求。尤其在市場競爭力較大的時候，有的企業(yè)會降低治理標(biāo)準(zhǔn)來減少開支，以提高自身的經(jīng)濟(jì)效益。

（二）煤礦機(jī)械化生產(chǎn)水平較低，瓦斯防治技術(shù)和設(shè)備相對落后

我國煤礦開采經(jīng)歷了炮采—普采—高檔普采—綜合機(jī)械化采煤階段。現(xiàn)階段受到生產(chǎn)成本和煤礦自然條件的限制，我國的煤礦開采條件仍處于低端狀態(tài)，礦井機(jī)械化程度非常低，瓦斯防治工作不到位，尤其是不先進(jìn)的瓦斯監(jiān)測技術(shù)以及落后的設(shè)備，嚴(yán)重影響了井下瓦斯含量的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性，不能及時預(yù)警可能發(fā)生的安全事故，導(dǎo)致瓦斯防治工作難度系數(shù)進(jìn)一步提高。

（三）瓦斯治理體系不完善

在瓦斯治理工作中，對于抽采工作的不重視是最為常見的問題，除此之外還包括一些安全系統(tǒng)建設(shè)的問題，例如，礦井中安設(shè)的通風(fēng)系統(tǒng)、開采設(shè)備和監(jiān)測設(shè)備的老化，以至于出現(xiàn)空氣流通障礙、開采過程不合理的問題。由于檢測系統(tǒng)的老化，出現(xiàn)安全隱患時無法在第一時間發(fā)現(xiàn)，而導(dǎo)致出現(xiàn)安全事故。以上種種都會影響到煤炭開采和瓦斯治理工作的效率。

五、瓦斯精細(xì)化治理技術(shù)體系

（一）瓦斯精細(xì)化治理技術(shù)流程

瓦斯治理首先需要研究煤層瓦斯賦存規(guī)律，充分掌握區(qū)域煤層瓦斯分布特征、含量大小等基本參數(shù)，為抽采設(shè)計提供依據(jù)。在充分掌握煤層瓦斯賦存基礎(chǔ)上，進(jìn)行詳細(xì)的抽采設(shè)計，不同的抽采區(qū)域可以進(jìn)行差異化布孔，實現(xiàn)差異化抽采。為了使抽采設(shè)計更加合理，需要考察煤層瓦斯抽采半徑等參數(shù)，確定不同抽采時間下的煤層瓦斯合理預(yù)抽時間及鉆孔間距等，通過抽采以后，再進(jìn)行抽采效果達(dá)標(biāo)評判，檢驗抽采效果，抽采達(dá)標(biāo)以后，方可進(jìn)行采掘作業(yè)。在回采過程中，需要根據(jù)開采設(shè)計，合理進(jìn)行回采期間瓦斯涌出量預(yù)測，制定回采期間瓦斯治理措施，并持續(xù)性地進(jìn)行參數(shù)考察以優(yōu)化布孔參數(shù)，實現(xiàn)瓦斯有效治理。

（二）防突措施落實情況

1.區(qū)域防突措施落實情況

礦井堅決做到不掘突出頭、不采突出面，未按要求采取區(qū)域綜合防突措施的，嚴(yán)禁進(jìn)行采掘活動。根據(jù)《防治煤與瓦斯突出規(guī)定》、瓦斯防治“雙十條”等文件要求，嚴(yán)格執(zhí)行區(qū)域和局部兩個“四位一體”綜合防突措施，區(qū)域防突措施和措施效果檢驗結(jié)果按照要求上報審批，嚴(yán)格落實出現(xiàn)突出預(yù)兆時立即停止作業(yè)，重新執(zhí)行區(qū)域防突措施。

2.防突職責(zé)落實情況

礦井根據(jù)各采區(qū)瓦斯賦存情況及采掘布置情況，明確各采掘工作面防突措施，并通過明確職責(zé)，確定管理范圍，嚴(yán)格落實防突措施的現(xiàn)場驗收、監(jiān)督管理，通過礦領(lǐng)導(dǎo)、職能科室現(xiàn)場監(jiān)督防突環(huán)節(jié)實施，規(guī)范現(xiàn)場作業(yè)、施工工序，從流程、環(huán)節(jié)上減少失誤，確保各項防突措施落實到位。同時，建立健全瓦斯異常情況速報制度，通過瓦斯異常信息“零匯報、日分析”，強(qiáng)化采掘工作面特殊地點(瓦斯異常區(qū)、應(yīng)力集中區(qū)、地質(zhì)構(gòu)造區(qū))瓦斯治理措施，提升礦井瓦斯治理水平。

（三）工藝革新提升抽采效果

將“穿層鉆孔+水力沖孔卸壓增透”技術(shù)作為煤巷條帶和回采區(qū)域瓦斯的區(qū)域防突措施，工作面上、下順槽順層鉆孔預(yù)抽回采區(qū)域作為輔助措施，并逐步由預(yù)抽區(qū)域向預(yù)抽區(qū)段轉(zhuǎn)變，應(yīng)用有效的增透技術(shù)，提高煤層透氣性，提升抽采效果。同時，不斷改進(jìn)封孔工藝，對封孔位置、長度、囊袋位置進(jìn)行優(yōu)化，推廣使用“通管直連兩堵兩注”封孔技術(shù)，進(jìn)一步規(guī)范瓦斯抽采帶壓封孔技術(shù)和瓦斯抽采聯(lián)孔標(biāo)準(zhǔn)，解決封孔連抽后沖孔鉆孔塌孔堵塞抽采管路的問題，使瓦斯抽采更加順暢。

（四）注重科研成果實踐價值的提升

依托先進(jìn)的工業(yè)技術(shù)，推動我國煤礦瓦斯資源管理和煤層氣管理產(chǎn)業(yè)技術(shù)開發(fā)的新型產(chǎn)業(yè)化快速發(fā)展。具體來說，在煤層氣綜合處理和資源開發(fā)過程中，充分利用先進(jìn)的新型液化煤氣技術(shù)，在有效減少煤層氣處理量，同時在開發(fā)和運(yùn)輸管理過程中，大大提高了煤層氣處理的效率和穩(wěn)定性。近年來，我國針對各個能源地區(qū)小型煤層氣綜合儲蓄開發(fā)的不同特點，獨立研發(fā)和推出了小型煤礦液化開發(fā)系統(tǒng)，對小型煤礦油氣資源進(jìn)行綜合研究開發(fā)及合理利用，促進(jìn)相關(guān)科研研究結(jié)果結(jié)合實踐應(yīng)用價值的不斷提升，并逐步使得小型煤層氣儲蓄開發(fā)綜合利用已然發(fā)展成為新興煤炭能源液化產(chǎn)業(yè)的重要技術(shù)支柱，緩解當(dāng)前地區(qū)現(xiàn)有煤炭能源緊缺環(huán)境問題也將具有深遠(yuǎn)的戰(zhàn)略影響。

（五）建立和完善煤礦瓦斯監(jiān)測監(jiān)控體系，加強(qiáng)瓦斯預(yù)測力度

近幾年，我國煤礦事業(yè)發(fā)展有了質(zhì)的飛躍，但是在煤礦事業(yè)發(fā)展的同時，也存在煤炭資源愈發(fā)緊缺，瓦斯事故頻發(fā)等問題。煤礦開采監(jiān)管系統(tǒng)的不完善，開采管理制度的不健全是這些問題難以解決的主要原因之一，一個完善的瓦斯安全預(yù)測預(yù)報系統(tǒng)，不僅需要明確井下的瓦斯?jié)舛龋咚咕唧w分布情況，還需要實時動態(tài)監(jiān)測井下情況，確保在井下瓦斯超限時第一時間發(fā)現(xiàn)并提出有效的解決方案，避免發(fā)生不安全事故。通過經(jīng)驗積累發(fā)現(xiàn)，地形、地域特點也能夠合理預(yù)測瓦斯含量，提高開采安全性，目前較為常用的預(yù)測法有3 種:①通過煤層區(qū)域分布特點來預(yù)測。②通過不同區(qū)域、不同密度的分布情況進(jìn)行局部預(yù)測。③結(jié)合各種往期數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測。

（六）培養(yǎng)專業(yè)開采人員

對煤礦的工作人員進(jìn)行定期培訓(xùn)，確保其工作的專業(yè)性和設(shè)備工具的掌握程度，保證在挖掘煤石時不會出現(xiàn)技術(shù)性問題，避免發(fā)生生命危險。在煤礦入職后，需要先對其進(jìn)行入職前的培養(yǎng)與考核，首先培養(yǎng)工人對煤礦的了解、可能發(fā)生的危險、瓦斯危害、急救措施、規(guī)避手段等，讓工人可以保證自己的人身安全；其次教會工人使用煤礦所需要的設(shè)備工具，保證工人對所有設(shè)備都足夠了解并可以熟練使用，避免出現(xiàn)差錯造成危險；最后，在培訓(xùn)完成后對工人進(jìn)行考核，成績符合上工標(biāo)準(zhǔn)后才能讓工人到煤礦的崗位中，這不但是對煤礦行業(yè)的負(fù)責(zé)，更是對生命的負(fù)責(zé)。

結(jié)語

通過對煤礦瓦斯精細(xì)化治理必要性進(jìn)行分析，主要對煤層瓦斯賦存規(guī)律及地質(zhì)保障、工作面預(yù)抽論證及差異化抽采、回采工作面瓦斯治理技術(shù)等內(nèi)容進(jìn)行了研究，建立了瓦斯精細(xì)化治理技術(shù)流程，形成了礦井瓦斯高效防治技術(shù)體系，有效降低瓦斯治理成本，提高煤礦企業(yè)效益。