煤矿瓦斯治理关键技术探讨

苗建明

(阳煤集团寿阳开元矿业有限责任公司安全监察处，山西 寿阳 045400)

安全生产

煤矿瓦斯治理关键技术探讨

苗建明

(阳煤集团寿阳开元矿业有限责任公司安全监察处，山西 寿阳 045400)

简述瓦斯抽采技术的发展历程，探讨了采掘工作面瓦斯涌出量预测的现状，对抽放本煤层瓦斯、抽采邻近煤层及采空区瓦斯所使用的主要技术措施进行了分析。优化分析矿井抽采效果，完善监测监控系统，最大限度地减少瓦斯灾害发生，实现矿井安全-高效-绿色开采。

瓦斯抽采；高瓦斯矿井；安全生产

据相关数据显示，2016年，全国共发生煤矿事故249起。其中，瓦斯事故大约20起。瓦斯事故性质极其恶劣，在矿井重大事故死伤人数中，因瓦斯事故而死伤的人数约占90%，严重危害了人民的生命财产安全，影响煤矿的安全高效生产。山西煤田多为复杂地质构造，高瓦斯矿井和煤与瓦斯突出矿井众多。随着煤炭需求量的不断增大，煤矿的开采深度不断增大，矿井瓦斯问题日趋严重。

为了减少瓦斯事故的发生，国家提出了十二字瓦斯治理安全生产方针，突出体现了矿井瓦斯抽采是矿井瓦斯治理安全生产中的关键技术措施。对采掘工作面进行瓦斯抽采，不仅可以满足矿井安全生产瓦斯浓度的要求，减少通风成本，而且可以将抽采出的瓦斯加以利用，缓解当前能源需求紧张的现状，变废为宝，实现矿山绿色开采。

1 研究现状

国内瓦斯抽放技术研究的60多年历史中，主要经历了以下几个阶段：

1)对透气性良好的煤层，施工钻孔抽采瓦斯。20世纪50年代，抚顺矿务局首先开始了试验研究，在高渗透性煤层井下钻孔抽采瓦斯，取得了良好效果。该成果的应用与推广，大大减少了矿井瓦斯灾害的发生。但在低渗透性煤层及薄煤层中，该技术起到的效果却大打折扣。

2)抽放邻近层瓦斯阶段。该技术广泛应用于具有邻近层抽采条件的矿井，抽采效果良好。

3)对低透气性煤层，采取多种强化措施进行瓦斯抽采。诸如，向煤层高压注水增大煤层透气性、对煤层松动爆破、利用水力割缝及水力压裂加大渗透率等。

4)综合抽采瓦斯阶段。近些年，山西建立了地面钻井抽采、井下顺层和穿层钻孔抽采、本煤层与邻近煤层空间联合抽采，在时间上有机结合采前预抽、边采边抽与采空区抽采，优化矿井瓦斯抽采效果。

通过60多年的研究，瓦斯抽采技术已取得了鲜明的成果。同时，国家先后制定了瓦斯治理十二字方针和十六字体系，出台了《关于加快煤层气(煤矿瓦斯)抽放利用的若干意见》、“煤矿瓦斯治理与利用实施意见”、“煤矿瓦斯抽放基本指标”和“矿井瓦斯抽放规范”等标准。在国家相关政策的大力支持下，山西的矿井瓦斯抽采技术取得了前所未有的发展。

2 抽采技术措施

煤炭需求量的不断增大，导致开采深度不断加深，使得矿井地质构造逐渐复杂，引起采区的瓦斯涌出量增大。而单纯使用传统的风排瓦斯方法，从技术角度来讲，受通风能力所限，无法将采区瓦斯浓度控制在一个安全范围内；从经济角度看，通风成本过高且不合理，无法满足矿井的安全高效开采。

2.1 本煤层瓦斯抽放研究

山西高瓦斯及突出矿井众多，在采掘工作过程中存在瓦斯涌出量高且难治理的问题。而本煤层顺层钻孔抽放可以对工作面瓦斯涌出量大的问题起到良好的作用，可满足回采工作面瓦斯的安全浓度要求。

2.1.1 加强本煤层瓦斯涌出量预测

对开采层相对瓦斯涌出量q1进行预测时，通常采用瓦斯涌出分源法，公式如式(1)。

q1=K1K2K3(W0-WC)m/M

(1)

式中：K1为围岩瓦斯涌出系数；K2为开采后遗留煤瓦斯涌出系数；K3为预排工作面准备巷道瓦斯对开采层瓦斯涌出影响系数，K3=(L-2h)/L，L为工作面长度，h为掘进巷道预排等值宽度；W0为未开采前煤层原有瓦斯含量；WC为开采后煤的残留瓦斯含量；m为开采层厚度；M为工作面采高。

2.1.2 本煤层顺层钻孔抽放

在掘进工作面施工运输巷和回风巷过程中，垂直于运输巷和回风巷煤壁向煤体施工顺层平行钻孔，其直径为75 mm～100 mm，钻孔倾角、孔深要满足设计参数要求。施工完成1个钻孔的同时，迅速对钻孔进行密封。封孔结束后，联网进行不间断抽放，这样可以对工作面煤体进行采前预抽；同时，预抽钻孔在工作面回采时又起到边采边抽的作用。将采前预抽与边采边抽有效结合，对工作面安全生产起到积极的意义。

2.2 采空区及邻近煤层瓦斯抽放

在工作面生产过程中，重新分布采场围岩应力，采空区顶板弯曲下沉、垮落、破碎，使得围岩移动变形产生裂隙，为瓦斯涌出提供通道。与此同时，处于卸压范围内的煤层也进行卸压，卸压瓦斯沿着裂隙通道进入开采层，制约了煤矿的安全生产。

2.2.1 邻近层瓦斯涌出量预测

通过公式(2)预测邻近层瓦斯涌出量q2。

(2)

式中：W0i为第i个邻近层煤层原有瓦斯含量；Wci为第i个邻近层煤层残余瓦斯含量；ηi为第i个邻近煤层瓦斯排放率；mi为第i个邻近煤层厚度；M为工作面采高。

2.2.2 顶板钻孔抽放

顶板钻孔抽放主要针对上覆岩层及邻近层的瓦斯抽放，每隔一定距离向回风巷中煤层顶板钻孔，在煤层顶板中布置钻场。对采空区顶板施工顶板走向钻孔，钻孔开孔位置离煤层顶板距离大于1 m。由于冒落带顶部以及裂隙带下部区域裂隙通道发育成熟，所以，为使顶板钻孔抽放取得良好效果，将钻孔终止位置布置在其中。随着工作面推进，上覆岩层由于开采扰动影响向下冒落，形成瓦斯运移通道。受孔口负压作用，上邻近层卸压瓦斯以及采空区瓦斯进入顶板瓦斯运移通道，通过顶板走向钻孔抽放采空区及邻近层瓦斯。

2.2.3 高抽巷抽采

将高抽巷布置上覆岩层裂隙带内，岩层受开采扰动影响断裂、垮落，裂隙充分发育，为瓦斯流动提供通道，是布置高位抽排巷的最佳位置。向上进行穿层钻孔，实现高抽巷的“一巷多用”，有效抽采了裂隙带内的瓦斯，可以避免工作面上隅角瓦斯浓度超限。否则，引起甲烷传感器报警，影响生产。

采空区瓦斯抽放就是在采空区顶板施工钻孔进行抽放，通常布置在顶板裂隙带内，利用瓦斯抽放时上邻近层瓦斯向工作面涌进，将其抽采，可以有效降低采空区向工作面的瓦斯涌出量。

2.3 地面钻井抽放

在煤层受到开采扰动后，井下应力稳定区域内残存的保护煤柱、丢煤及其围岩中聚集了大量的瓦斯，通过地面钻井对这一区域的瓦斯进行抽采，可以有效缓解这部分瓦斯的威胁。目前，山西已有许多矿区进行了地面钻井抽放的研究，实现了煤与瓦斯协调开采的开发模式。通过地面钻井抽采、井下顺层和穿层钻孔结合抽采、本煤层与邻近煤层空间联合抽采，在时间上有机结合采前预抽、边采边抽与采空区抽采，形成瓦斯时空治理模式，实现矿井安全-高效-绿色开采。

2.4 保护层开采技术

在近距离煤层群中保护层开采技术较为适合。在完成保护层开采后，伴随保护层的收缩变形，煤的力学强度发生变化，进而使瓦斯压力发生了改变，煤层透气性也随之变化，使邻近突出危险煤层的突出危险性降低。

3 加强与完善监测监控系统

通过国内外先进的技术手段建立网络信息集约平台，囊括数据、语音、视频。各级人员加强监督检查，参加安全培训，严格遵照煤矿安全规程，提高自我安全意识，健全责任制，实现全局联网。设专业人员全程监控，实时掌控井下瓦斯、一氧化碳等有毒有害气体含量。在发生瓦斯超限等情况时，对瓦斯超限地点实施闭锁断电，保障煤矿的生产安全。定期检查甲烷传感器是否正常工作，其闭锁断电功能是否完备，避免甲烷传感器误报警、不报警等现象的发生。

4 结论

瓦斯问题已是制约山西煤矿安全生产的一个主要问题。目前，矿井瓦斯治理技术常采用通风与钻孔抽采2种途径，而钻孔抽采瓦斯可以有效降低采场周围瓦斯涌出量。瓦斯治理技术先后经历了高透气性煤层预抽到低透气性煤层强化抽采以及多种抽采手段结合的综合治理过程，并逐渐由被动治理瓦斯树立为主动开发利用瓦斯的绿色矿山开采理念，从而减少了矿井瓦斯灾害事故发生的频率，最终实现矿井安全-高效-绿色开采。

Discussiononkeytechnologiesofgascontrolincoalmine

MIAOJianming

(SafetySupervisionDepartment,YangquanCoalGroupShouyangKaiyuanMiningCo.,Ltd.,ShouyangShanxi045400,China)

The development process of gas drainage technology is described. The status quo of prediction for gas emission in mining face is discussed. Main technical measures for drainage of coal seam, adjacent seam, and goaf gas are analyzed. The mine drainage efficiency is optimized and analyzed. Monitoring and control system is improved to minimize the occurrence of gas disasters, and realize safe and green mining with high efficiency.

gas extraction; high gas mine; safety production

2017-04-17

苗建明，男，1972年出生，2013年毕业于中国矿业大学，本科，矿建工程师，主要从事安全生产管理工作。

10.16525/j.cnki.cn14-1109/tq.2017.03.31

TD7

A

1004-7050(2017)03-0091-03