低透氣性煤層工作面瓦斯治理與利用技術(shù)研究

摘 要：瓦斯治理，尤其是松軟的低透氣性煤層工作面的瓦斯治理一直是全世界范圍內(nèi)存在的難題，如得不到及時解決，會導致瓦斯事故頻發(fā)，嚴重影響生產(chǎn)，使開采工作難以順利高效安全的實現(xiàn)，為此，總結(jié)已有成功經(jīng)驗，不斷加強研究工作，創(chuàng)新瓦斯治理技術(shù)，以期解決低透氣性煤層工作面瓦斯治理難題，提高瓦斯利用價值，是本文闡述的重點。

關(guān)鍵詞：研究;低透氣性工作面;瓦斯治理;利用;技術(shù)

我國煤層瓦斯含量豐富，風險與高效能源并存，采集利用得當不僅可以降低安全事故發(fā)生的概率，更是變害為寶，達到增產(chǎn)增效的目的。低透氣性煤層由于地質(zhì)構(gòu)造復雜或極其復雜，進入深部開采后，其復雜程度更是加劇發(fā)展。依賴于傳統(tǒng)的瓦斯綜合治理途徑，技術(shù)與方法均不能很好的解決這一瓦斯治理難題，為此，投入大量人力物力進行改善性研究，但都收效甚微，直到2005年以袁亮院士為首的研發(fā)團隊，在這一難題上，取得重大突破性進展，提出卸壓開采抽采瓦斯，建立起低透氣性煤層無煤柱煤與瓦斯共采關(guān)鍵技術(shù)理論體系，由于該項煤與瓦斯共采理念和技術(shù)的先進性與有效性，得以在全國推廣。

1 瓦斯治理的前提要素

首先要重視地質(zhì)物探技術(shù)，運用三維地震精細解釋，地下綜合物探、地球化學識別、快速判別出水源、瓦斯地質(zhì)地測等技術(shù)，為地面地質(zhì)、井下地質(zhì)做好“CT”，對地質(zhì)環(huán)境要做到摸清一切，才能有針對性的制定相應的瓦斯采收措施。特別是對于地質(zhì)條件復雜、礦壓大、礦井周邊老空多等低透氣性煤層的礦井，地質(zhì)保障技術(shù)是瓦斯治理與采收的基礎。

2 瓦斯治理的基礎措施

要打破傳統(tǒng)自上而下的煤層開采流程，來解決低透氣性高瓦斯煤層安全開采技術(shù)難題，有針對性的設計制定出煤體松動卸壓的開采方案，采取卸壓開采措施擴大煤層的透氣性，以利于瓦斯的抽采，徹底改變?nèi)斡赏咚棺匀慌欧诺膫鹘y(tǒng)方式，對瓦斯集中抽采，使卸壓開采抽采瓦斯、煤與瓦斯共采付諸實踐;這也是危險煤層得以消突最安全可靠、經(jīng)濟有效的方法，滿足開采條件的必須首采卸壓層;充分利用好減壓抽提的時間和空間，以實現(xiàn)最大化的瓦斯抽采。

首采層開采后，大量解吸瓦斯在抽采負壓作用下沿卸壓張裂隙徑向流動，把抽采鉆孔和巷道布置在環(huán)形裂隙圈內(nèi)，能夠獲得理想的抽采效果，避免了采空區(qū)瓦斯大量涌入到回采空間。根據(jù)實際經(jīng)驗，首先選擇煤層群中安全可靠的煤層進行開采，致使上下煤巖層變形膨脹、松動釋放壓力，增加煤層透氣性;同時在被卸壓煤層頂?shù)装濉⑦M行巷道設計，制定鉆孔抽采卸壓瓦斯的技術(shù)路線，卸壓開采可以為瓦斯抽采創(chuàng)造有利條件。并利用數(shù)值模擬研究手段深入研究礦區(qū)卸壓開采的采場內(nèi)應力場分布規(guī)律，找出首采層開采后頂板存在環(huán)形裂隙區(qū)、頂?shù)装灞恍秹好簩优蛎涀冃螀^(qū)的裂隙場分布及演化規(guī)律，及富集區(qū)瓦斯分布及運移規(guī)律，再據(jù)此規(guī)律采取適當?shù)耐咚钩椴墒┕ぜ夹g(shù)與方法，以下簡要介紹適用低透氣性煤層工作面瓦斯抽采的兩項技術(shù)。

2.1 卸壓開采鉆孔管抽瓦斯技術(shù)

實際工作證明，瓦斯治標和治本都與打鉆休戚相關(guān)，打鉆和巖巷是實現(xiàn)瓦斯治本，達到安全生產(chǎn)的第一要務，必須著力建設一流的打鉆和巖巷隊伍、配備一流裝備、實行一流專業(yè)化、精細化管理。地面采空區(qū)鉆孔設計目的在于得到一個高效的地面采空區(qū)鉆孔抽采系統(tǒng)，該系統(tǒng)能更多抽采高濃度瓦斯，并使采區(qū)自燃風險降到最小。瓦斯抽采對減小回風流及頂板鉆孔、上隅角抽采管道等抽采方式過程中瓦斯?jié)舛扔绊懞艽蟆０殡S工作面逐漸離開鉆孔位置，鉆孔瓦斯流量和濃度都會隨之增加，回風流及頂板鉆孔或巷道內(nèi)的瓦斯?jié)舛戎饾u下降。

2.2 無煤柱煤與瓦斯共采技術(shù)

依照煤層群賦存的地質(zhì)條件，首采關(guān)鍵卸壓層，沿采空區(qū)邊緣沿空留巷實施無煤柱連續(xù)開采，回采巷道通過快速機械化構(gòu)筑高強支撐體，得以保留，沿空留巷與綜采工作面推進同步進行。基于無煤柱留巷圍巖內(nèi)外層結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性規(guī)律，衍生無煤柱留巷頂板抗剪切破壞的強化錨桿控制技術(shù)和輔助加強支護技術(shù)，構(gòu)建“三位一體”的留巷支護技術(shù)體系。在留巷內(nèi)布置上（下）向高（低）位鉆孔，抽采頂（底）板卸壓瓦斯和采空區(qū)富集瓦斯，以留巷替代多條巖巷抽采卸壓瓦斯，可極大減少巖巷和鉆孔工程量，在工作面埋管抽采防止采空區(qū)瓦斯大量向工作面涌出，實現(xiàn)煤與瓦斯安全高效共采。而高承載性能機械化施工的巷旁充填支護技術(shù)，能保證充填墻體緊隨工作面及時快速構(gòu)筑，兼顧采煤生產(chǎn)和充填平行作業(yè)，可實現(xiàn)礦井安全高效生產(chǎn)。

3 抽采后的瓦斯利用

盡管瓦斯是我國煤礦生產(chǎn)過程中的主要災害源，也是一種不可再生的潔凈能源及優(yōu)良的化工原料。高效開發(fā)地下資源，充分利用好瓦斯，改善礦井安全條件和提高經(jīng)濟效益，對緩解常規(guī)油氣供應緊張狀況、實施國民經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略、減少溫室氣體排放、保護環(huán)境等，具有深遠意義。為此煤礦瓦斯治理以“變抽放為抽采，煤與瓦斯共采，治理與利用并重”為主要方式，非常必要。

綜上所述，依靠自主創(chuàng)新，走科學開采的路線，在低透氣性煤層工作面瓦斯治理方面，我們需要做的工作仍然任重而道遠。瓦斯能夠高效回收，提高礦井資源開發(fā)利用，可以優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，將來使煤層氣真正成為有百利而無一害的無危險、無污染的常規(guī)性能源。

參考文獻：

[1]袁亮.卸壓開采抽采瓦斯理論及煤與瓦斯共采技術(shù)體系[J].煤炭學報，2009，34（1）：5-12.

[2]薛德平，趙杰，范德興.低透氣性煤層瓦斯綜合治理技術(shù)實踐[J].礦業(yè)安全與環(huán)保，2013，40（1）：81-84.

作者簡介：

封宇翔（1988- ），男，漢族，山西盂縣人，畢業(yè)于太原理工大學，本科，采礦工程專業(yè)，研究方向：采礦，就職于陽煤集團二礦采煤二隊見習技術(shù)員，采煤助理工程師。