煤矿瓦斯高效精细化治理技术探析

陈五一

（潞安化工集团常村煤矿，山西 长治 046103）

我国煤矿开采技术，随着我国经济的不断提升以及科技的不断进步发展，其根据实际开采需要，逐步向深部水平开采转变，这也将意味着其开采难度即将有所提升，最主要的原因在于，深部水平开采煤层瓦斯的含量有所提高，同时，在开采过程中，其压力、放散量以及开采速度等都需要有所提高的。除此之外，深部水平开采过程中，对煤层瓦斯的控制是比较困难的。尤其是有一些高瓦斯矿井，其没有较为健全的瓦斯治理组织机构，同时，其瓦斯防治管理制度、治理技术措施等均不健全，因此，其对瓦斯的治理能力是比较欠缺的，这也导致了在深部水平开采过程中，因为不能够对瓦斯治理形成较为全面地控制技术，所以其在开采过程中是有一定的难度的，这也间接地妨碍了其开采的进度，降低了其工作效率。

基于此，本文就瓦斯的治理方面展开研究，从不同的层面着手，如煤层瓦斯赋存规律及地质保障、差异化抽采等，以期能够形成较为完善的瓦斯治理技术体系，进而提高瓦斯治理水平。

1 进行煤矿瓦斯精细化管理的必要性

随着近几年自媒体的飞跃发展，有关煤矿事故的短视频，无论大小逐渐都被曝光，这也证实了我国在煤矿开采过程中是出现事故较为严重的国家，通过研究发现，在开采煤矿过程中出现的事故，以瓦斯事故最为严重。煤矿开采逐渐向深部水平开采的过程中，其出现事故的概率也在逐渐增加中，最主要的原因在于，深部水平开采过程中，其煤层的透气性变得越来越差，同时，煤层瓦斯的含量、扩散的速度等等，却是在不断增加的，因此，在深部水平开采过程中，对于瓦斯的治理却相对变的越来越不容易，开采起来也变的越来越难。如果在深部水平开采过程中，仍然采用传统的煤矿瓦斯治理手段以及管理模式的话，那么不仅会影响煤矿开采的进度，同时还会在煤矿开采过程中，存在一定的安全隐患。除此之外，在瓦斯治理过程中，其成本增加了，但效率和成效却很低。因此，亟需对煤矿深部水平开采过程中瓦斯的治理进行改进，提高其治理的精确性，降低瓦斯治理的成本，进而能够提高其工作效率。

2 瓦斯精细化治理技术体系

瓦斯精细化治理，主要是通过对其治理的技术标准、治理的方法等进行研究与探讨，形成一种新的瓦斯治理技术流程，最终构成一种较为高效、快速的管理体系。

2.1 瓦斯精细化治理技术流程

在煤矿开采过程中，要想实现对瓦斯的高效治理，就必须首先对煤层瓦斯赋存规律进行研究，这种研究不能是浅显的，需要对其进行深入且透彻的研究，这样的话，就能够充分掌握其规律，对其的相关参数，如：不同区域的煤层中瓦斯含量的分布特性以及煤层中瓦斯含量的多少等，为后期高效治理瓦斯奠定了良好的基础。

之后，就需要对其进行抽采设计。进行抽采设计的前提就是对其煤层瓦斯赋存规律进行全面掌握，据此，设计出较为详细的抽采设计方案。在进行抽采设计过程中，要保证做到差异性抽采，那么就需要在进行抽采的时候，将抽采的点差异性选取。除此之外，在设计抽采设计的时候，需要对抽采时间、抽采孔的直径（或半径）、抽采孔与孔之间的间距等进行考量，以确保抽采的合理性。在抽采完成以后，得出的结果，需要与抽采合格的标准进行对照，如果抽采能够达到标准，那么就可以进行煤矿开采工作。

设计的抽采设计过程，不仅要考虑抽采，同时还要对回采过程进行监督、修正以及完善等。在回采过程中，要以完善后的抽采设计作为基础，在此基础上，预测回采过程中瓦斯的涌出量，进而能够设计出一套较为合理的瓦斯治理方案。通过抽采以及回采的设计过程，不断对其参数进行优化，最终实现瓦斯高效率的治理。其技术流程如图1所示。

图1 瓦斯精细化治理技术流程

2.2 煤层瓦斯赋存规律及地质保障研究

2.2.1 煤层瓦斯赋存规律研究技术流程

瓦斯是一种有毒的气体，在煤矿开采过程中是必然会出现的，在煤层中会产出瓦斯气体，而产出的瓦斯，可以直接存储在煤层或围岩中。煤矿地质不同，瓦斯的生产以及分布等，也是不一样的，因此，要想提高对瓦斯含量的精准预测，就需要对瓦斯的地质规律有所掌握，这样的话，就能够为后期瓦斯治理措施以及参数设计奠定良好的理论基础。

要想研究煤层瓦斯赋存规律，首先应从煤层瓦斯基本参数进行着手，接着在此基础上，再对煤层瓦斯赋存规律进行研究。

2.2.2 多信息源煤层瓦斯基本参数的获取

煤层瓦斯基本参数有很多种，具体如图2所示，在对其进行获取时，一般可以直接进行测定，还可以通过间接测定来获得[1]。

图2 煤层瓦斯基本参数

（1）实验室煤层瓦斯基本参数的测定。将在现场获取的煤层样品，直接送至实验室进行监测，即为：实验室煤层瓦斯基本参数测定，在实验室测得的煤层瓦斯基本参数具体包含如图3所示。

图3 实验室煤层瓦斯基本参数

（2）现场瓦斯含量直接测定。与实验室测定相反，现场瓦斯含量直接测定则是指在煤矿开采过程中，在开采现场直接选定合适的地点进行收集煤层样品，直接进行测定瓦斯的损失含量，得出结果以后，再将测量后的样品送到实验室，进行瓦斯含量的解吸测定，通过现场测定的数据以及实验室测出的结果，将其两者进行结合，最终能够准确的计算出煤层瓦斯的含量。

（3）瓦斯涌出量反演煤层瓦斯含量。瓦斯涌出量反演煤层瓦斯含量，顾名思义，就是通过在开采过程中瓦斯的涌出量，倒推出瓦斯的含量。

其中，瓦斯涌出量并不是一成不变的，其受煤质、开采速度等有关，因此，在计算瓦斯含量的时候，需要注意。

2.2.3 煤层瓦斯地质赋存规律研究

煤层瓦斯的地质状况对煤层中瓦斯的产出、赋存以及分布等，都有一定的联系。因此，要想研究煤层瓦斯地质赋存的规律，就必须探究地质作用因素对其的影响。影响瓦斯赋存的地质作用的因素具体如图4所示。

图4 影响瓦斯赋存的地质作用的因素

（1）构造运动演化对瓦斯赋存的影响。构造运动对瓦斯赋存有一定的影响，主要原因在于，构造运动包括拉伸、挤压等，因此，在此过程中，瓦斯的产生、储存等均会受到影响，同时，其还会根据构造运动的规模而产生相应的变动，进而对煤层瓦斯的赋存和分布产生一定的影响。

（2）顶底板岩性对瓦斯赋存的影响。瓦斯主要产生于煤层，储存于煤层或围岩，因此，煤层围岩的性质将会对瓦斯储存产生直接的影响，如果煤层围岩的透气性较好的话，那么瓦斯将会不容易储存在内，煤层中瓦斯的含量将会变得越来越少，反之，如果围岩的透气性较差，那么这也就意味着瓦斯将会更容易被储存，煤层中瓦斯的含量将会很高。

（3）煤变质程度对瓦斯赋存的影响。煤变质程度，又称为是煤化程度，其对瓦斯含量有着直接的影响，如果煤变质程度越高，那么将会生成越来越多的瓦斯，相应的，煤层也能吸收、存储更多的瓦斯，反之亦然。

（4）煤层埋藏深度与标高对瓦斯赋存的影响。煤层如果在地表暴露的话，那么煤层中的瓦斯将会很容易的扩散至空气中，那么，将会导致煤层中瓦斯的含量变得越来越少。如果煤层在很深的地表内部，那么煤层以及围岩中的透气性将会大大变差，同时，其也不容易向地表渗透，因此，瓦斯的赋存将会变的越来越好。

（5）煤层厚度对瓦斯赋存的影响。影响瓦斯赋存的另外一重要因素，则是煤层的厚度。在其他条件均相同的情况下，如果煤层有很厚的厚度，那么其稳定性就会越好，相应的，其能够产生出大量的瓦斯，那么煤层中瓦斯的含量也将会变得越来越浓郁，反之亦然[2]。

2.3 采前预抽论证及差异化抽采技术

2.3.1 差异化抽采技术流程

如若煤层瓦斯的基本参数已经确定，那么，在此基础上，选用采前预抽论证及差异化抽采技术，将会对其有再进一步的精准掌握，同时，其技术是工作面是否进行抽采以及抽采参数设计的前提。

采前预抽论证及差异化抽采技术流程如图5所示。

图5 采前预抽论证及差异化抽采技术流程示意图

2.3.2 工作面瓦斯抽采差异化布置

工作面瓦斯抽采差异化布置主要有两方面的表现：其一，根据煤层瓦斯最原始的含量，选取瓦斯含量较低区域进行抽采；其二，根据要求，在开切眼附近、预抽达标时间较长区域进行提前部署，提前抽采。通过以上两方面的结合，最终实现差异化布孔抽采，进而能够在时间、成本、方式等方面得到最优，进而推进煤矿企业的高效率发展。

2.4 工作面回采期间瓦斯治理技术

2.4.1 回采工作面瓦斯治理技术流程

在“先抽后采、抽采达标”以后，回采工作面瓦斯治理才会开始工作，且是有针对性的，其最主要解决的问题是瓦斯泄漏，且是在工作面回采过程中出现，进而能够保证回采的安全性，提高瓦斯治理的效率。

通过“一面一策”，提高瓦斯治理的精益求精，面对不同的瓦斯赋存状况，有针对性的采取治理方案，结合多方位的考虑，最终制定回采期间瓦斯治理方案，方案确定好以后，开始验证与实施，在此过程中，不断地进行优化，最终达到最优治理的一个状态，具体的回采期间瓦斯精细化治理技术流程如图6所示。

图6 回采期间瓦斯精细化治理技术流程图

2.4.2 工作面瓦斯涌出量预测方法

影响工作面瓦斯涌出量的因素有很多，不同的因素对其的影响程度也是不一样的，通过上文中提到的一些因素，能够得出主要的影响因素有：瓦斯含量、煤层的厚度、煤层埋藏深度等。

工作面瓦斯涌出量预测方法有2种：分源预测法、矿山统计法。其中，应用最为广泛的预测方法为：分源预测法，其原理主要是通过瓦斯涌出来源以及其涌出规律，以及其他的一些影响因素，最终计算出工作面瓦斯涌出量。

2.4.3 回采工作面瓦斯涌出来源分析

根据上文提到的，要想进行工作面瓦斯涌出量预测，就必须了解到工作面回采期间瓦斯涌出来源，而其瓦斯涌出来源主要包含有：开采层、邻近层以及采空区等瓦斯的涌出。

3 结语

本文通过对煤矿瓦斯精细化治理的原因进行了分析，通过对煤层瓦斯赋存规律、抽采以及回采等进行了研究，在此基础上，形成了煤矿瓦斯精细化治理技术流程，在瓦斯治理的过程中，不断进行优化，最终能够提高瓦斯治理效率、降低瓦斯治理成本，最终对煤矿企业的收益起到一个促进作用。