煤礦瓦斯治理關鍵技術探討

苗建明

(陽煤集團壽陽開元礦業有限責任公司安全監察處，山西 壽陽 045400)

安全生產

煤礦瓦斯治理關鍵技術探討

苗建明

(陽煤集團壽陽開元礦業有限責任公司安全監察處，山西 壽陽 045400)

簡述瓦斯抽采技術的發展歷程，探討了采掘工作面瓦斯涌出量預測的現狀，對抽放本煤層瓦斯、抽采鄰近煤層及采空區瓦斯所使用的主要技術措施進行了分析。優化分析礦井抽采效果，完善監測監控系統，最大限度地減少瓦斯災害發生，實現礦井安全-高效-綠色開采。

瓦斯抽采；高瓦斯礦井；安全生產

據相關數據顯示，2016年，全國共發生煤礦事故249起。其中，瓦斯事故大約20起。瓦斯事故性質極其惡劣，在礦井重大事故死傷人數中，因瓦斯事故而死傷的人數約占90%，嚴重危害了人民的生命財產安全，影響煤礦的安全高效生產。山西煤田多為復雜地質構造，高瓦斯礦井和煤與瓦斯突出礦井眾多。隨著煤炭需求量的不斷增大，煤礦的開采深度不斷增大，礦井瓦斯問題日趨嚴重。

為了減少瓦斯事故的發生，國家提出了十二字瓦斯治理安全生產方針，突出體現了礦井瓦斯抽采是礦井瓦斯治理安全生產中的關鍵技術措施。對采掘工作面進行瓦斯抽采，不僅可以滿足礦井安全生產瓦斯濃度的要求，減少通風成本，而且可以將抽采出的瓦斯加以利用，緩解當前能源需求緊張的現狀，變廢為寶，實現礦山綠色開采。

1 研究現狀

國內瓦斯抽放技術研究的60多年歷史中，主要經歷了以下幾個階段：

1)對透氣性良好的煤層，施工鉆孔抽采瓦斯。20世紀50年代，撫順礦務局首先開始了試驗研究，在高滲透性煤層井下鉆孔抽采瓦斯，取得了良好效果。該成果的應用與推廣，大大減少了礦井瓦斯災害的發生。但在低滲透性煤層及薄煤層中，該技術起到的效果卻大打折扣。

2)抽放鄰近層瓦斯階段。該技術廣泛應用于具有鄰近層抽采條件的礦井，抽采效果良好。

3)對低透氣性煤層，采取多種強化措施進行瓦斯抽采。諸如，向煤層高壓注水增大煤層透氣性、對煤層松動爆破、利用水力割縫及水力壓裂加大滲透率等。

4)綜合抽采瓦斯階段。近些年，山西建立了地面鉆井抽采、井下順層和穿層鉆孔抽采、本煤層與鄰近煤層空間聯合抽采，在時間上有機結合采前預抽、邊采邊抽與采空區抽采，優化礦井瓦斯抽采效果。

通過60多年的研究，瓦斯抽采技術已取得了鮮明的成果。同時，國家先后制定了瓦斯治理十二字方針和十六字體系，出臺了《關于加快煤層氣(煤礦瓦斯)抽放利用的若干意見》、“煤礦瓦斯治理與利用實施意見”、“煤礦瓦斯抽放基本指標”和“礦井瓦斯抽放規范”等標準。在國家相關政策的大力支持下，山西的礦井瓦斯抽采技術取得了前所未有的發展。

2 抽采技術措施

煤炭需求量的不斷增大，導致開采深度不斷加深，使得礦井地質構造逐漸復雜，引起采區的瓦斯涌出量增大。而單純使用傳統的風排瓦斯方法，從技術角度來講，受通風能力所限，無法將采區瓦斯濃度控制在一個安全范圍內；從經濟角度看，通風成本過高且不合理，無法滿足礦井的安全高效開采。

2.1 本煤層瓦斯抽放研究

山西高瓦斯及突出礦井眾多，在采掘工作過程中存在瓦斯涌出量高且難治理的問題。而本煤層順層鉆孔抽放可以對工作面瓦斯涌出量大的問題起到良好的作用，可滿足回采工作面瓦斯的安全濃度要求。

2.1.1 加強本煤層瓦斯涌出量預測

對開采層相對瓦斯涌出量q1進行預測時，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為圍巖瓦斯涌出系數；K2為開采后遺留煤瓦斯涌出系數；K3為預排工作面準備巷道瓦斯對開采層瓦斯涌出影響系數，K3=(L-2h)/L，L為工作面長度，h為掘進巷道預排等值寬度；W0為未開采前煤層原有瓦斯含量；WC為開采后煤的殘留瓦斯含量；m為開采層厚度；M為工作面采高。

2.1.2 本煤層順層鉆孔抽放

在掘進工作面施工運輸巷和回風巷過程中，垂直于運輸巷和回風巷煤壁向煤體施工順層平行鉆孔，其直徑為75 mm～100 mm，鉆孔傾角、孔深要滿足設計參數要求。施工完成1個鉆孔的同時，迅速對鉆孔進行密封。封孔結束后，聯網進行不間斷抽放，這樣可以對工作面煤體進行采前預抽；同時，預抽鉆孔在工作面回采時又起到邊采邊抽的作用。將采前預抽與邊采邊抽有效結合，對工作面安全生產起到積極的意義。

2.2 采空區及鄰近煤層瓦斯抽放

在工作面生產過程中，重新分布采場圍巖應力，采空區頂板彎曲下沉、垮落、破碎，使得圍巖移動變形產生裂隙，為瓦斯涌出提供通道。與此同時，處于卸壓范圍內的煤層也進行卸壓，卸壓瓦斯沿著裂隙通道進入開采層，制約了煤礦的安全生產。

2.2.1 鄰近層瓦斯涌出量預測

通過公式(2)預測鄰近層瓦斯涌出量q2。

(2)

式中：W0i為第i個鄰近層煤層原有瓦斯含量；Wci為第i個鄰近層煤層殘余瓦斯含量；ηi為第i個鄰近煤層瓦斯排放率；mi為第i個鄰近煤層厚度；M為工作面采高。

2.2.2 頂板鉆孔抽放

頂板鉆孔抽放主要針對上覆巖層及鄰近層的瓦斯抽放，每隔一定距離向回風巷中煤層頂板鉆孔，在煤層頂板中布置鉆場。對采空區頂板施工頂板走向鉆孔，鉆孔開孔位置離煤層頂板距離大于1 m。由于冒落帶頂部以及裂隙帶下部區域裂隙通道發育成熟，所以，為使頂板鉆孔抽放取得良好效果，將鉆孔終止位置布置在其中。隨著工作面推進，上覆巖層由于開采擾動影響向下冒落，形成瓦斯運移通道。受孔口負壓作用，上鄰近層卸壓瓦斯以及采空區瓦斯進入頂板瓦斯運移通道，通過頂板走向鉆孔抽放采空區及鄰近層瓦斯。

2.2.3 高抽巷抽采

將高抽巷布置上覆巖層裂隙帶內，巖層受開采擾動影響斷裂、垮落，裂隙充分發育，為瓦斯流動提供通道，是布置高位抽排巷的最佳位置。向上進行穿層鉆孔，實現高抽巷的“一巷多用”，有效抽采了裂隙帶內的瓦斯，可以避免工作面上隅角瓦斯濃度超限。否則，引起甲烷傳感器報警，影響生產。

采空區瓦斯抽放就是在采空區頂板施工鉆孔進行抽放，通常布置在頂板裂隙帶內，利用瓦斯抽放時上鄰近層瓦斯向工作面涌進，將其抽采，可以有效降低采空區向工作面的瓦斯涌出量。

2.3 地面鉆井抽放

在煤層受到開采擾動后，井下應力穩定區域內殘存的保護煤柱、丟煤及其圍巖中聚集了大量的瓦斯，通過地面鉆井對這一區域的瓦斯進行抽采，可以有效緩解這部分瓦斯的威脅。目前，山西已有許多礦區進行了地面鉆井抽放的研究，實現了煤與瓦斯協調開采的開發模式。通過地面鉆井抽采、井下順層和穿層鉆孔結合抽采、本煤層與鄰近煤層空間聯合抽采，在時間上有機結合采前預抽、邊采邊抽與采空區抽采，形成瓦斯時空治理模式，實現礦井安全-高效-綠色開采。

2.4 保護層開采技術

在近距離煤層群中保護層開采技術較為適合。在完成保護層開采后，伴隨保護層的收縮變形，煤的力學強度發生變化，進而使瓦斯壓力發生了改變，煤層透氣性也隨之變化，使鄰近突出危險煤層的突出危險性降低。

3 加強與完善監測監控系統

通過國內外先進的技術手段建立網絡信息集約平臺，囊括數據、語音、視頻。各級人員加強監督檢查，參加安全培訓，嚴格遵照煤礦安全規程，提高自我安全意識，健全責任制，實現全局聯網。設專業人員全程監控，實時掌控井下瓦斯、一氧化碳等有毒有害氣體含量。在發生瓦斯超限等情況時，對瓦斯超限地點實施閉鎖斷電，保障煤礦的生產安全。定期檢查甲烷傳感器是否正常工作，其閉鎖斷電功能是否完備，避免甲烷傳感器誤報警、不報警等現象的發生。

4 結論

瓦斯問題已是制約山西煤礦安全生產的一個主要問題。目前，礦井瓦斯治理技術常采用通風與鉆孔抽采2種途徑，而鉆孔抽采瓦斯可以有效降低采場周圍瓦斯涌出量。瓦斯治理技術先后經歷了高透氣性煤層預抽到低透氣性煤層強化抽采以及多種抽采手段結合的綜合治理過程，并逐漸由被動治理瓦斯樹立為主動開發利用瓦斯的綠色礦山開采理念，從而減少了礦井瓦斯災害事故發生的頻率，最終實現礦井安全-高效-綠色開采。

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年畢業于中國礦業大學，本科，礦建工程師，主要從事安全生產管理工作。

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

TD7

A

1004-7050(2017)03-0091-03