煤礦瓦斯高效精細(xì)化治理技術(shù)探析

陳五一

（潞安化工集團(tuán)常村煤礦，山西 長(zhǎng)治 046103）

我國(guó)煤礦開(kāi)采技術(shù)，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷提升以及科技的不斷進(jìn)步發(fā)展，其根據(jù)實(shí)際開(kāi)采需要，逐步向深部水平開(kāi)采轉(zhuǎn)變，這也將意味著其開(kāi)采難度即將有所提升，最主要的原因在于，深部水平開(kāi)采煤層瓦斯的含量有所提高，同時(shí)，在開(kāi)采過(guò)程中，其壓力、放散量以及開(kāi)采速度等都需要有所提高的。除此之外，深部水平開(kāi)采過(guò)程中，對(duì)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(méi)有較為健全的瓦斯治理組織機(jī)構(gòu)，同時(shí)，其瓦斯防治管理制度、治理技術(shù)措施等均不健全，因此，其對(duì)瓦斯的治理能力是比較欠缺的，這也導(dǎo)致了在深部水平開(kāi)采過(guò)程中，因?yàn)椴荒軌驅(qū)ν咚怪卫硇纬奢^為全面地控制技術(shù)，所以其在開(kāi)采過(guò)程中是有一定的難度的，這也間接地妨礙了其開(kāi)采的進(jìn)度，降低了其工作效率。

基于此，本文就瓦斯的治理方面展開(kāi)研究，從不同的層面著手，如煤層瓦斯賦存規(guī)律及地質(zhì)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(shù)體系，進(jìn)而提高瓦斯治理水平。

1 進(jìn)行煤礦瓦斯精細(xì)化管理的必要性

隨著近幾年自媒體的飛躍發(fā)展，有關(guān)煤礦事故的短視頻，無(wú)論大小逐漸都被曝光，這也證實(shí)了我國(guó)在煤礦開(kāi)采過(guò)程中是出現(xiàn)事故較為嚴(yán)重的國(guó)家，通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，在開(kāi)采煤礦過(guò)程中出現(xiàn)的事故，以瓦斯事故最為嚴(yán)重。煤礦開(kāi)采逐漸向深部水平開(kāi)采的過(guò)程中，其出現(xiàn)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(kāi)采過(guò)程中，其煤層的透氣性變得越來(lái)越差，同時(shí)，煤層瓦斯的含量、擴(kuò)散的速度等等，卻是在不斷增加的，因此，在深部水平開(kāi)采過(guò)程中，對(duì)于瓦斯的治理卻相對(duì)變的越來(lái)越不容易，開(kāi)采起來(lái)也變的越來(lái)越難。如果在深部水平開(kāi)采過(guò)程中，仍然采用傳統(tǒng)的煤礦瓦斯治理手段以及管理模式的話(huà)，那么不僅會(huì)影響煤礦開(kāi)采的進(jìn)度，同時(shí)還會(huì)在煤礦開(kāi)采過(guò)程中，存在一定的安全隱患。除此之外，在瓦斯治理過(guò)程中，其成本增加了，但效率和成效卻很低。因此，亟需對(duì)煤礦深部水平開(kāi)采過(guò)程中瓦斯的治理進(jìn)行改進(jìn)，提高其治理的精確性，降低瓦斯治理的成本，進(jìn)而能夠提高其工作效率。

2 瓦斯精細(xì)化治理技術(shù)體系

瓦斯精細(xì)化治理，主要是通過(guò)對(duì)其治理的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、治理的方法等進(jìn)行研究與探討，形成一種新的瓦斯治理技術(shù)流程，最終構(gòu)成一種較為高效、快速的管理體系。

2.1 瓦斯精細(xì)化治理技術(shù)流程

在煤礦開(kāi)采過(guò)程中，要想實(shí)現(xiàn)對(duì)瓦斯的高效治理，就必須首先對(duì)煤層瓦斯賦存規(guī)律進(jìn)行研究，這種研究不能是淺顯的，需要對(duì)其進(jìn)行深入且透徹的研究，這樣的話(huà)，就能夠充分掌握其規(guī)律，對(duì)其的相關(guān)參數(shù)，如：不同區(qū)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(chǔ)。

之后，就需要對(duì)其進(jìn)行抽采設(shè)計(jì)。進(jìn)行抽采設(shè)計(jì)的前提就是對(duì)其煤層瓦斯賦存規(guī)律進(jìn)行全面掌握，據(jù)此，設(shè)計(jì)出較為詳細(xì)的抽采設(shè)計(jì)方案。在進(jìn)行抽采設(shè)計(jì)過(guò)程中，要保證做到差異性抽采，那么就需要在進(jìn)行抽采的時(shí)候，將抽采的點(diǎn)差異性選取。除此之外，在設(shè)計(jì)抽采設(shè)計(jì)的時(shí)候，需要對(duì)抽采時(shí)間、抽采孔的直徑（或半徑）、抽采孔與孔之間的間距等進(jìn)行考量，以確保抽采的合理性。在抽采完成以后，得出的結(jié)果，需要與抽采合格的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對(duì)照，如果抽采能夠達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，那么就可以進(jìn)行煤礦開(kāi)采工作。

設(shè)計(jì)的抽采設(shè)計(jì)過(guò)程，不僅要考慮抽采，同時(shí)還要對(duì)回采過(guò)程進(jìn)行監(jiān)督、修正以及完善等。在回采過(guò)程中，要以完善后的抽采設(shè)計(jì)作為基礎(chǔ)，在此基礎(chǔ)上，預(yù)測(cè)回采過(guò)程中瓦斯的涌出量，進(jìn)而能夠設(shè)計(jì)出一套較為合理的瓦斯治理方案。通過(guò)抽采以及回采的設(shè)計(jì)過(guò)程，不斷對(duì)其參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，最終實(shí)現(xiàn)瓦斯高效率的治理。其技術(shù)流程如圖1所示。

圖1 瓦斯精細(xì)化治理技術(shù)流程

2.2 煤層瓦斯賦存規(guī)律及地質(zhì)保障研究

2.2.1 煤層瓦斯賦存規(guī)律研究技術(shù)流程

瓦斯是一種有毒的氣體，在煤礦開(kāi)采過(guò)程中是必然會(huì)出現(xiàn)的，在煤層中會(huì)產(chǎn)出瓦斯氣體，而產(chǎn)出的瓦斯，可以直接存儲(chǔ)在煤層或圍巖中。煤礦地質(zhì)不同，瓦斯的生產(chǎn)以及分布等，也是不一樣的，因此，要想提高對(duì)瓦斯含量的精準(zhǔn)預(yù)測(cè)，就需要對(duì)瓦斯的地質(zhì)規(guī)律有所掌握，這樣的話(huà)，就能夠?yàn)楹笃谕咚怪卫泶胧┮约皡?shù)設(shè)計(jì)奠定良好的理論基礎(chǔ)。

要想研究煤層瓦斯賦存規(guī)律，首先應(yīng)從煤層瓦斯基本參數(shù)進(jìn)行著手，接著在此基礎(chǔ)上，再對(duì)煤層瓦斯賦存規(guī)律進(jìn)行研究。

2.2.2 多信息源煤層瓦斯基本參數(shù)的獲取

煤層瓦斯基本參數(shù)有很多種，具體如圖2所示，在對(duì)其進(jìn)行獲取時(shí)，一般可以直接進(jìn)行測(cè)定，還可以通過(guò)間接測(cè)定來(lái)獲得[1]。

圖2 煤層瓦斯基本參數(shù)

（1）實(shí)驗(yàn)室煤層瓦斯基本參數(shù)的測(cè)定。將在現(xiàn)場(chǎng)獲取的煤層樣品，直接送至實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行監(jiān)測(cè)，即為：實(shí)驗(yàn)室煤層瓦斯基本參數(shù)測(cè)定，在實(shí)驗(yàn)室測(cè)得的煤層瓦斯基本參數(shù)具體包含如圖3所示。

圖3 實(shí)驗(yàn)室煤層瓦斯基本參數(shù)

（2）現(xiàn)場(chǎng)瓦斯含量直接測(cè)定。與實(shí)驗(yàn)室測(cè)定相反，現(xiàn)場(chǎng)瓦斯含量直接測(cè)定則是指在煤礦開(kāi)采過(guò)程中，在開(kāi)采現(xiàn)場(chǎng)直接選定合適的地點(diǎn)進(jìn)行收集煤層樣品，直接進(jìn)行測(cè)定瓦斯的損失含量，得出結(jié)果以后，再將測(cè)量后的樣品送到實(shí)驗(yàn)室，進(jìn)行瓦斯含量的解吸測(cè)定，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定的數(shù)據(jù)以及實(shí)驗(yàn)室測(cè)出的結(jié)果，將其兩者進(jìn)行結(jié)合，最終能夠準(zhǔn)確的計(jì)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(guò)在開(kāi)采過(guò)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(zhì)、開(kāi)采速度等有關(guān)，因此，在計(jì)算瓦斯含量的時(shí)候，需要注意。

2.2.3 煤層瓦斯地質(zhì)賦存規(guī)律研究

煤層瓦斯的地質(zhì)狀況對(duì)煤層中瓦斯的產(chǎn)出、賦存以及分布等，都有一定的聯(lián)系。因此，要想研究煤層瓦斯地質(zhì)賦存的規(guī)律，就必須探究地質(zhì)作用因素對(duì)其的影響。影響瓦斯賦存的地質(zhì)作用的因素具體如圖4所示。

圖4 影響瓦斯賦存的地質(zhì)作用的因素

（1）構(gòu)造運(yùn)動(dòng)演化對(duì)瓦斯賦存的影響。構(gòu)造運(yùn)動(dòng)對(duì)瓦斯賦存有一定的影響，主要原因在于，構(gòu)造運(yùn)動(dòng)包括拉伸、擠壓等，因此，在此過(guò)程中，瓦斯的產(chǎn)生、儲(chǔ)存等均會(huì)受到影響，同時(shí)，其還會(huì)根據(jù)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的規(guī)模而產(chǎn)生相應(yīng)的變動(dòng)，進(jìn)而對(duì)煤層瓦斯的賦存和分布產(chǎn)生一定的影響。

（2）頂?shù)装鍘r性對(duì)瓦斯賦存的影響。瓦斯主要產(chǎn)生于煤層，儲(chǔ)存于煤層或圍巖，因此，煤層圍巖的性質(zhì)將會(huì)對(duì)瓦斯儲(chǔ)存產(chǎn)生直接的影響，如果煤層圍巖的透氣性較好的話(huà)，那么瓦斯將會(huì)不容易儲(chǔ)存在內(nèi)，煤層中瓦斯的含量將會(huì)變得越來(lái)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(huì)更容易被儲(chǔ)存，煤層中瓦斯的含量將會(huì)很高。

（3）煤變質(zhì)程度對(duì)瓦斯賦存的影響。煤變質(zhì)程度，又稱(chēng)為是煤化程度，其對(duì)瓦斯含量有著直接的影響，如果煤變質(zhì)程度越高，那么將會(huì)生成越來(lái)越多的瓦斯，相應(yīng)的，煤層也能吸收、存儲(chǔ)更多的瓦斯，反之亦然。

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

（5）煤層厚度對(duì)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(wěn)定性就會(huì)越好，相應(yīng)的，其能夠產(chǎn)生出大量的瓦斯，那么煤層中瓦斯的含量也將會(huì)變得越來(lái)越濃郁，反之亦然[2]。

2.3 采前預(yù)抽論證及差異化抽采技術(shù)

2.3.1 差異化抽采技術(shù)流程

如若煤層瓦斯的基本參數(shù)已經(jīng)確定，那么，在此基礎(chǔ)上，選用采前預(yù)抽論證及差異化抽采技術(shù)，將會(huì)對(duì)其有再進(jìn)一步的精準(zhǔn)掌握，同時(shí)，其技術(shù)是工作面是否進(jìn)行抽采以及抽采參數(shù)設(shè)計(jì)的前提。

采前預(yù)抽論證及差異化抽采技術(shù)流程如圖5所示。

圖5 采前預(yù)抽論證及差異化抽采技術(shù)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(xiàn)：其一，根據(jù)煤層瓦斯最原始的含量，選取瓦斯含量較低區(qū)域進(jìn)行抽采；其二，根據(jù)要求，在開(kāi)切眼附近、預(yù)抽達(dá)標(biāo)時(shí)間較長(zhǎng)區(qū)域進(jìn)行提前部署，提前抽采。通過(guò)以上兩方面的結(jié)合，最終實(shí)現(xiàn)差異化布孔抽采，進(jìn)而能夠在時(shí)間、成本、方式等方面得到最優(yōu)，進(jìn)而推進(jìn)煤礦企業(yè)的高效率發(fā)展。

2.4 工作面回采期間瓦斯治理技術(shù)

2.4.1 回采工作面瓦斯治理技術(shù)流程

在“先抽后采、抽采達(dá)標(biāo)”以后，回采工作面瓦斯治理才會(huì)開(kāi)始工作，且是有針對(duì)性的，其最主要解決的問(wèn)題是瓦斯泄漏，且是在工作面回采過(guò)程中出現(xiàn)，進(jìn)而能夠保證回采的安全性，提高瓦斯治理的效率。

通過(guò)“一面一策”，提高瓦斯治理的精益求精，面對(duì)不同的瓦斯賦存狀況，有針對(duì)性的采取治理方案，結(jié)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(kāi)始驗(yàn)證與實(shí)施，在此過(guò)程中，不斷地進(jìn)行優(yōu)化，最終達(dá)到最優(yōu)治理的一個(gè)狀態(tài)，具體的回采期間瓦斯精細(xì)化治理技術(shù)流程如圖6所示。

圖6 回采期間瓦斯精細(xì)化治理技術(shù)流程圖

2.4.2 工作面瓦斯涌出量預(yù)測(cè)方法

影響工作面瓦斯涌出量的因素有很多，不同的因素對(duì)其的影響程度也是不一樣的，通過(guò)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(yù)測(cè)方法有2種：分源預(yù)測(cè)法、礦山統(tǒng)計(jì)法。其中，應(yīng)用最為廣泛的預(yù)測(cè)方法為：分源預(yù)測(cè)法，其原理主要是通過(guò)瓦斯涌出來(lái)源以及其涌出規(guī)律，以及其他的一些影響因素，最終計(jì)算出工作面瓦斯涌出量。

2.4.3 回采工作面瓦斯涌出來(lái)源分析

根據(jù)上文提到的，要想進(jìn)行工作面瓦斯涌出量預(yù)測(cè)，就必須了解到工作面回采期間瓦斯涌出來(lái)源，而其瓦斯涌出來(lái)源主要包含有：開(kāi)采層、鄰近層以及采空區(qū)等瓦斯的涌出。

3 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)煤礦瓦斯精細(xì)化治理的原因進(jìn)行了分析，通過(guò)對(duì)煤層瓦斯賦存規(guī)律、抽采以及回采等進(jìn)行了研究，在此基礎(chǔ)上，形成了煤礦瓦斯精細(xì)化治理技術(shù)流程，在瓦斯治理的過(guò)程中，不斷進(jìn)行優(yōu)化，最終能夠提高瓦斯治理效率、降低瓦斯治理成本，最終對(duì)煤礦企業(yè)的收益起到一個(gè)促進(jìn)作用。