煤矿瓦斯治理与煤层气开发探讨

焦煤集团 古汉山矿 通风队 臧东伟

焦煤集团 古汉山矿 安监科 刘小亮

煤矿瓦斯治理与煤层气开发探讨

焦煤集团 古汉山矿 通风队 臧东伟

焦煤集团 古汉山矿 安监科 刘小亮

在影响煤矿安全的各类因素中，瓦斯爆炸影响最大。近年来，虽然国家加大了煤矿安全的治理和防御力度，有效遏制了煤矿安全事故的发生，但瓦斯爆炸仍是目前影响煤矿安全的主要问题。瓦斯的有效防治，是值得煤矿行业人员研究的一个课题。

一、转变视角，利用瓦斯

在长期瓦斯治理防护过程中，人们逐渐认识到，瓦斯在爆炸同时，产生了巨大的能量，只要能加以合理的开发利用，瓦斯就会变成一种资源。因此，对瓦斯进行有效抽放，不仅可以解决瓦斯引起的各种灾害，也有效利用了瓦斯。

地面抽放和井下抽放是常见的两种瓦斯抽放方式。瓦斯抽放具有重要意义。首先，它是一种环保的措施，能降低矿井的瓦斯排放量，减少大气污染。其次，降低矿井中的瓦斯含量，可以为生产提供一个安全的环境。最后，瓦斯作为一种可利用的自然资源，具有显著的经济效益。

有关专家通过研究我国境内的高瓦斯煤矿区的条件和特征发现，我国地层多为煤层群，而且透气性低；结合我国成功治理煤矿瓦斯问题的经验，提出了“瓦斯和煤层群二者高效共采”这一概念。在开采煤层群时，先将瓦斯含量很低、危险系数也很低的第一采煤层开采出来，利用其采动影响使处在其上部和下部的煤层卸压，这样煤层的透气性将会以几何倍数增长，这就为瓦斯的抽取提供了有利的条件；将瓦斯高效抽采出来，不仅可以制止瓦斯从泄压煤层涌入首采煤层，保障首采煤层开采的安全；还降低了泄压煤层的瓦斯含量，为安全生产和高效采煤提供了安全的环境，实现了两种资源的高效共采。

二、开发瓦斯的特殊性

低透气性、易流变性和可压密性是我国许多高瓦斯矿区煤层共有的特征。随着煤炭开采的进行，开采深度逐渐增大，增加梯度已经达到l0 m/a。2008年统计表明，我国有184处重点煤矿限制的开采深度已经超过了600 m；有504处煤矿的最终开采深度超过600 m，占到开采总煤矿的50% ～ 59%，其中有89处矿井的最终采深超过了1 000 m。中深矿井的数量明显增多，深矿井数量几乎是成倍增长；高瓦斯矿井和煤与瓦斯突出矿井的数量也在迅速增长。由于气体渗透性能与煤埋的深度成反比，煤层越深，煤层的透气性能也就越差，瓦斯渗透性就越低，因而，对于瓦斯的抽放也就越困难。

由于我国瓦斯煤层的透气性太低，瓦斯抽放无论是地面抽取还是地下抽取，都有很大的难度。只有通过促进煤层裂隙的发生，才能增加煤层的透气性，从而优化瓦斯的抽取效果。

三、有效防治，合理利用瓦斯的策略

目前，增加煤层的透气性能有两种惯用的方法，一是开采煤层的保护层，这样能减小煤层的地应力，从而使瓦斯煤层卸压、增透、增流的作用得以实现。这种开采保护层和瓦斯抽放结合的方式需要在开采煤层之前进行。另外一种方法就是在煤层开采过程中，通过水力压裂、水力割缝等水力化措施及预裂爆破等方式，使煤体内的裂隙得到提速发育，改变媒体结构，提供一条良好的通道用来释放瓦斯。这种方法效果显著，可是也有它的弊端，它需要专用的设备，而且工艺技术较复杂，所以没有得到大力的推广使用。

1.保护层开采和卸压、增透抽采瓦斯的工艺。在覆岩采动裂隙中，O形圈的存在会使松软和透气性低的高瓦斯煤层群保护层在开采的过程中产生缝隙，这主要是由于顶底板岩层冒落和移动造成的。

2.采动区、采空区瓦斯抽放工艺。由于我国大多矿区都属于低透气性矿区， 导致我国地面钻井抽采压裂媒体和原始媒体的效果不太理想。基于此，在抽采过程增加辅助增透措施就显得十分必要了。

地面钻井瓦斯抽放有三方面的优点，第一，瓦斯抽放作业在地面上完成施工，这样能缓解采掘接续的紧张局面，不会影响煤层开采的推进工作。第二，若抽采技术和方法适宜得当，抽采效果会十分理想，会在很大程度上降低临近煤层的瓦斯涌出量，进而减小煤层的突出危险性，为高瓦斯煤层开采的安全进行提供了重要保障。第三，抽放时，若进行顶、底板瓦斯抽放巷抽放，工程量会很大，而且花费也很大，还会影响正常开采工作的顺利进行。总的来说，地面钻井瓦斯抽放效果十分理想，经济效益显著。

在未来的煤矿工作中，瓦斯综合治理巷道的长度会随着回采工作面长度的增加而迅速增加。由于煤巷挖掘速度很快，而岩巷的挖掘速度却十分缓慢，常常使瓦斯综合治理项目在回采工作完成后不能完成总工作量的一半，被动滞后的局面严重阻碍了生产和经济效益的进步。因此，相关研究人员进行了煤炭矿区地面钻井和采空区瓦斯抽放以及井下瓦斯抽放试验，能够实现煤与瓦斯的安全共采，并同时为松软、低渗透复杂煤层开采条件下煤与瓦斯的安全共采提供了参考。

3.综合瓦斯抽放技术。要想确保安全采煤，减少瓦斯事故，采取综合瓦斯抽放技术势在必行。在一定条件下，先开采保护层，卸压瓦斯在保护层的抽放，能有效控制邻近煤层卸压瓦斯的涌出量，同时还能提高保护层的瓦斯突出危险系数。而在开采煤层的工艺和技术上，可采取一定的技术措施，充分将井下抽放和地面抽放、钻孔抽放和巷道抽放、常规抽放和强化抽放相结合，确保采煤工作的安全、顺利进行。

充分利用空间和时间是综合瓦斯抽放技术的最大优势之一。实践表明，多元化、立体化和经济化是瓦斯抽放技术体系发展的主要趋势之一。此外，可控制的定向钻机，依靠万向节连接钻杆，可以向各个角度弯曲，对煤柱抽放瓦斯死角的控制效果显著。提高钻井速度，增大抽放量，提高经济效率是瓦斯抽放技术发展的目标和方向。

四、煤层瓦斯开发利用的瓶颈

在我国境内，受各种因素的影响和限制，总体上煤矿瓦斯抽放利用工作进展十分缓慢。调查显示，近年来，我国实际每年的煤矿瓦斯抽放量仅占到实际涌出量的1/4，瓦斯实际抽放总量不到30亿m3。瓦斯抽放系统对于小型煤矿来说还很遥远，排除瓦斯只能是井下通风。在355处大型重点的高瓦斯和高突矿井中，瓦斯抽放量控制的比较合理的煤矿单位，对于抽放的瓦斯的利用水平却很低，总之，我国目前尚不能有效地控制瓦斯灾害。

五、结论

1.对于一些有保护层开采条件的煤矿，应充分将瓦斯抽采和保护层开采二者有机结合，进行处理。

2.在条件满足的情况下，采动区和采空区的瓦斯抽放应在地面上进行。

3.立体化、多元化和经济化的发展方向是瓦斯未来的主要发展趋势。三方面的技术的日益成熟，为高瓦斯煤矿瓦斯的治理提供了明确的导向。