低透氣性煤層工作面瓦斯治理與利用技術研究

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存在的難題，如得不到及時解決，會導致瓦斯事故頻發，嚴重影響生產，使開采工作難以順利高效安全的實現，為此，總結已有成功經驗，不斷加強研究工作，創新瓦斯治理技術，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。

關鍵詞：研究;低透氣性工作面;瓦斯治理;利用;技術

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生的概率，更是變害為寶，達到增產增效的目的。低透氣性煤層由于地質構造復雜或極其復雜，進入深部開采后，其復雜程度更是加劇發展。依賴于傳統的瓦斯綜合治理途徑，技術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鍵技術理論體系，由于該項煤與瓦斯共采理念和技術的先進性與有效性，得以在全國推廣。

1 瓦斯治理的前提要素

首先要重視地質物探技術，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、瓦斯地質地測等技術，為地面地質、井下地質做好“CT”，對地質環境要做到摸清一切，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，地質保障技術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，徹底改變任由瓦斯自然排放的傳統方式，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形裂隙圈內，能夠獲得理想的抽采效果，避免了采空區瓦斯大量涌入到回采空間。根據實際經驗，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底板、進行巷道設計，制定鉆孔抽采卸壓瓦斯的技術路線，卸壓開采可以為瓦斯抽采創造有利條件。并利用數值模擬研究手段深入研究礦區卸壓開采的采場內應力場分布規律，找出首采層開采后頂板存在環形裂隙區、頂底板被卸壓煤層膨脹變形區的裂隙場分布及演化規律，及富集區瓦斯分布及運移規律，再據此規律采取適當的瓦斯抽采施工技術與方法，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。

2.1 卸壓開采鉆孔管抽瓦斯技術

實際工作證明，瓦斯治標和治本都與打鉆休戚相關，打鉆和巖巷是實現瓦斯治本，達到安全生產的第一要務，必須著力建設一流的打鉆和巖巷隊伍、配備一流裝備、實行一流專業化、精細化管理。地面采空區鉆孔設計目的在于得到一個高效的地面采空區鉆孔抽采系統，該系統能更多抽采高濃度瓦斯，并使采區自燃風險降到最小。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濃度影響很大。伴隨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的瓦斯濃度逐漸下降。

2.2 無煤柱煤與瓦斯共采技術

依照煤層群賦存的地質條件，首采關鍵卸壓層，沿采空區邊緣沿空留巷實施無煤柱連續開采，回采巷道通過快速機械化構筑高強支撐體，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外層結構穩定性規律，衍生無煤柱留巷頂板抗剪切破壞的強化錨桿控制技術和輔助加強支護技術，構建“三位一體”的留巷支護技術體系。在留巷內布置上（下）向高（低）位鉆孔，抽采頂（底）板卸壓瓦斯和采空區富集瓦斯，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瓦斯大量向工作面涌出，實現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，能保證充填墻體緊隨工作面及時快速構筑，兼顧采煤生產和充填平行作業，可實現礦井安全高效生產。

3 抽采后的瓦斯利用

盡管瓦斯是我國煤礦生產過程中的主要災害源，也是一種不可再生的潔凈能源及優良的化工原料。高效開發地下資源，充分利用好瓦斯，改善礦井安全條件和提高經濟效益，對緩解常規油氣供應緊張狀況、實施國民經濟可持續發展戰略、減少溫室氣體排放、保護環境等，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，提高礦井資源開發利用，可以優化能源結構，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實踐[J].礦業安全與環保，2013，40（1）：81-84.

作者簡介：

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