瓦斯地質對煤礦工作的影響及對策

周曉婷

(山西平舒煤業有限公司，山西 陽泉 045000)

0 引言

瓦斯地質是煤在地質歷史演化過程中形成的氣體地質體，較普通煤礦地質而言，瓦斯地質的瓦斯含量、濃度高出許多，煤礦的開采工作也因此受到影響。與此同時，瓦斯具有較高的經濟價值，這意味著瓦斯地質的影響是兼具利弊的。目前針對瓦斯地質的研究已經較為深入，分析煤礦瓦斯地質的形成原因、對工作的影響以及應對措施等內容，有助于進一步了解相關理論，指導后續實際工作。

1 瓦斯地質的形成原因

1.1 煤礦煤體特質

煤礦的煤體特質是指在煤炭生成過程中各類階段的特點，這些特點十分明顯的影響著瓦斯地質的形成。在褐煤階段，煤體剛剛形成，內部以及外表均帶有大量孔隙，瓦斯在這一階段可以大量附著于煤體表面、內部，瓦斯地質也在這一時期初步形成。隨著煤體進一步變化，內部漸漸致密，提供給瓦斯的附著空間降低，部分原本附著于煤體表面的瓦斯開始游離于煤礦中。到無煙煤階段，煤體的內部出現了更多小孔隙，重新為瓦斯提供了附著空間，瓦斯地質在這一時期基本穩定。

1.2 煤礦地質結構

煤礦地質結構主要指煤礦周邊地區、地表的概況，如果煤礦周邊存在山體裂縫、地表土壤疏松，瓦斯在形成后、游離的過程中可能被大量排出礦外，只有少數附著于煤體表面，這種地質結構一般難以形成瓦斯地質。如果煤礦周邊地質結構以巖石為主、結構致密，不利于瓦斯排出，就可能形成瓦斯地質。現有資料表明，壓性斷層的煤礦地質結構能夠起到儲存以及密封煤層瓦斯的作用，因此從地質角度來講，壓性斷層地帶的煤礦極有可能形成瓦斯地質。壓性斷層地質如圖1所示。

圖1 壓性斷層地質

1.3 煤層自然條件

煤層自然條件對瓦斯地質的形成也存在明顯影響，包括煤層周邊地殼活動頻率、水含量等。如果煤層周邊地殼活動頻繁，可能導致巖體和煤層之間出現相互擠壓，這種擠壓使相當一部分瓦斯被釋放、竄出，煤層形成瓦斯地質的可能性就較小。反之，如果煤層周邊地殼活動較少，瓦斯也會長期附著于煤體上、游離于煤礦中，有較大可能形成瓦斯地質。水含量方面，如果煤層中水分較多，會擠占煤礦空間以及煤體孔隙，瓦斯難溶于水，會被擠出，因此含水量較多的煤礦一般不會形成瓦斯地質，含水量較低的煤礦則可能形成瓦斯地質[1-2]。

2 瓦斯地質對煤礦工作的影響

2.1 增大開采難度和工作危險性

瓦斯地質意味著大量煤礦中存在大量瓦斯，而煤礦中煤炭資源的不規則分布則導致很難在開采活動開始前完全排出瓦斯。20世紀之前，煤礦工作者以及管理人員對瓦斯地質的認識不夠清晰和深入，曾出現過大量的瓦斯泄露、爆炸事故。當空氣中瓦斯的濃度在5.5%～16%，且有明火的情況下，就會出現爆炸，僅美國德克薩斯州1819年出現的瓦斯事故就達到33起。20世紀以來，礦方以及研究人員逐步認識到瓦斯地質、瓦斯爆炸的危害，相關工作也開始變得更具針對性。總體來看，瓦斯地質會導致開采難度和工作危險的增加，這也是當前以及未來煤礦工作面臨的主要問題之一。

2.2 提升煤礦的綜合利用價值

瓦斯是一種混合氣體，其主要成分為烷烴。其中甲烷占絕大多數，另有少量的乙烷、丙烷和丁烷，此外一般還含有硫化氫、二氧化碳、氮和水氣以及微量的惰性氣體，如氦和氬等，瓦斯所含氣體以及各氣體比例見表1。

表1 瓦斯的主要成分以及比例

由于瓦斯的主要成為烷烴，這意味著瓦斯的經濟價值相對突出，瓦斯地質煤礦的可利用價值也更高[3-4]。目前的技術條件下，可以通過對瓦斯進行分解獲取液化石油氣與天然氣、煤氣等3類主要資源，均可以為家庭生活以及工業生產活動提供能源。

3 應對瓦斯地質影響的主要措施

青海某機構進行地質勘察，尋找煤礦，針對上述問題，制定了根據地形特點辨識瓦斯地質等措施，并在發現瓦斯地質煤礦后，應用探測儀器、進行實時瓦斯檢測保證了煤礦工作安全。

3.1 根據地形特點辨識瓦斯地質

在勘察過程中，研究人員首先應用找礦基本原則尋找煤礦，在青海某地發現一處中型煤礦，根據碳同位素分析法進行判斷，確定該煤礦形成至今超過5.1億a。為了解煤礦是否屬于瓦斯地質，研究人員結合地形地點進行了充分分析，首先應用設備進行勘察，了解煤礦水含量，從結果上看，當地水資源不足，煤礦地區水分含量較同緯度東、中部明顯較少，僅為2.7%。之后進行地質分析，根據周邊山體斷層情況進行判斷，發現煤礦所在地區地殼活動相對較少，這意味著瓦斯不會大量泄漏[5-7]。結合煤礦形成年份，研究人員初步斷定該煤礦屬于瓦斯地質，在進行生產作業時必須注意安全，同時安排進行煤、氣的綜采。

3.2 應用探測儀器保證工作安全

在采煤工作具體進行前，工作人員首先通過應用專業儀器進行瓦斯濃度探測，最初應用的儀器較為老舊，檢測上限為1%，未能了解煤礦內瓦斯濃度，因此沒有安排下井作業。其后購進了德制新型瓦斯探測儀，進行精確探測，獲取了瓦斯濃度值為4.8%，經機械通風，初步將機械安裝地點等少數空間內瓦斯濃度降低至0.1%左右。之后進行機械安置和煤礦基礎設施建設。為求提升綜采效率，礦方最初決定應用地面鉆井開采聯合井下瓦斯抽放系統的工作方式，受限于資金條件，改為地面鉆井開采單一方式，在井上設備建設過程中，人員又在煤礦其他地點進行瓦斯探測，并記錄瓦斯濃度等數值，用于后續工作。

3.3 進行實時瓦斯檢測

井上設施建設完成后，煤、氣綜采工作正式啟動，礦方首先進行瓦斯開采，在鉆井開采的情況下，瓦斯開采工作有序進行，為保證開采安全性和效率，在煤礦附近嚴禁明火，同時不斷應用探測儀進行濃度檢測。在此前的探測過程中，礦方人員了解到煤礦資源分布帶有一定的不均衡性，與地面距離也存在差異，部分地點的瓦斯探測無法進行，因此每完成一處瓦斯開采，即安排技術人員進行下一處探測，以此確保開采的有效性。瓦斯集中開采工作共持續2個月，之后進行煤炭開采。在采煤過程中，出于對工作人員生命安全的考慮，礦方依然實時進行瓦斯檢測，了解采煤地點和周邊地點的瓦斯濃度，確保了工作安全。

4 結語

通過分析煤礦瓦斯地質的規律，了解了相關理論內容。瓦斯地質對煤礦工作有明顯影響，其成因規律不盡相同，結合現有資料，可以總結為3個方面，即煤礦煤體特質、煤礦地質結構以及煤層自然條件。瓦斯地質對煤礦工作的影響利弊共存，主要包括增加開采難度、工作危險以及提升煤礦的綜合價值等方面。實例分析證明可以根據地形特點辨識瓦斯地質，并應用探測儀器保證工作安全。