低透高瓦斯煤層安全開采關鍵技術研究

張紅賓

摘要：文章主要是分析了低透高瓦斯內(nèi)層群卸壓開采抽采瓦斯的相關理論，同時講解了低透高瓦斯煤層群開采的關鍵技術，望能為有關人員提供到一定的參考和幫助。

關鍵詞：高瓦斯煤層全;安全開采;技術

一、前言

近年來，我國煤礦井下開采深度的不斷增加以及開采強度的逐漸增大，導致地質(zhì)條件也隨之而變得復雜。瓦斯作為一種爆炸性氣體會對井下工作人員的生命安全造成很大的威脅。在高瓦斯突出礦井中常發(fā)生瓦斯爆炸的情況，這會給煤礦企業(yè)帶來了非常嚴重的經(jīng)濟損失，且會導致人員傷亡情況，為此需要采取到科學合理的措施來有效確保到高瓦斯煤層群的生產(chǎn)。

二、低透高瓦斯煤層群的概況

隨著煤礦的開采量不斷提高以及煤礦開采深度的不斷增加，地質(zhì)條件的復雜性使得煤礦生產(chǎn)的安全性要求也越來越高，所以如何有效解決低透高瓦斯煤層群安全開采過程中的瓦斯災害，為礦井生產(chǎn)提供有力的安全保障，成為了人們關注的焦點問題。但是瓦斯作為一種經(jīng)濟、環(huán)保的高效能源，可以給生產(chǎn)生活帶來許多便利，因此對于瓦斯的處理問題不單單是依靠抽放的方式避免瓦斯災害給礦井生產(chǎn)帶來的威脅，更重要的是在改善礦井生產(chǎn)的同時合理的開發(fā)利用這種燃料資源。現(xiàn)階段煤礦與瓦斯共同開采技術是對傳統(tǒng)瓦斯治理技術的一種革新，從低透高瓦斯煤層群中抽采利用瓦斯已經(jīng)進入了礦井生產(chǎn)的正常工藝流程。從而有效的提升礦井生產(chǎn)的經(jīng)濟效益和社會效益。

三、保護層開采卸壓抽采瓦斯機制

長期理論研究和突出危險煤層的開采實踐證明，對于低透高瓦斯煤層群條件，開采保護層和預抽被保護區(qū)煤層瓦斯是有效防治煤與瓦斯突出和實現(xiàn)安全本質(zhì)型生產(chǎn)的區(qū)域性措施，該方法可以避免長期與突出危險煤層處于短兵相接狀態(tài)，提高了防治煤與瓦斯突出措施的安全性和可靠性。突出危險煤層透氣性通常比較低，直接進行原始煤體抽采瓦斯消突，需鉆孔布置密集、抽放時間長，且效果差。利用保護層開采形成的卸壓作用，可極大地提高被保護煤層的透氣性。根據(jù)保護層開采的具體情況，配合各種形式的卸壓瓦斯抽采，能夠抽出大的卸壓瓦斯，不但能消除被保護區(qū)域煤體的突出危險性，而且能夠減小保護層和被保護層工作面回采的瓦斯涌出，保障回采過程的安全、高效。另外，抽出的大量高濃度瓦斯可以開發(fā)利用，如發(fā)電和民用，減少了大量溫室氣體的排放，不但促進了高效潔凈能源的利用，而且保護了人類的生存環(huán)境。保護層開采后，巖體中形成自由空間，破壞了原巖應力平衡，巖體向采空區(qū)方向移動，發(fā)生頂板冒落與下沉和底板鼓起等現(xiàn)象。煤層與巖體發(fā)生卸壓、膨脹，同時產(chǎn)生大小不同的裂縫， 透氣性增大， 卸壓瓦斯得以排放， 瓦斯壓力和含量下降，煤體變硬， 進而達到消除煤層突出危險性的目的。傳統(tǒng)保護層開采技術的核心是被保護層的卸壓作用和卸壓瓦斯通過開采形成層間裂隙的自然排放， 目的是為了消除被保護層的煤與瓦斯突出危險性。 隨著保護層開采技術的發(fā)展， 其技術核心已經(jīng)轉化為被保護層的卸壓作用和卸壓瓦斯的強化抽采。 這樣既可以降低保護層工作面回采過程中的瓦斯涌出，實現(xiàn)保護層工作面的安全回采; 又可以降低被保護層的瓦斯壓力和含量， 變高瓦斯突出危險煤層為低瓦斯無突出危險煤層， 實現(xiàn)被保護層煤和瓦斯資源的安全高效開采。

四、低透高瓦斯煤層群開采的關鍵技術

在對低透高瓦斯煤層群進行開采的過程中，需要采取有效的措施來預防瓦斯爆炸事故的發(fā)生。瓦斯的合理利用由于礦井中的瓦斯是客觀存在的，尤其是在低透高瓦斯煤層群當中瓦斯災害更加需要引起重視，所以要防止瓦斯爆炸事故的發(fā)生，主要目的就是通過抽放來減小煤體中賦存的瓦斯含量，即切斷瓦斯涌出的源頭或者減少瓦斯來源。而且對于低透高瓦斯煤層來說，瓦斯抽放的效果顯得尤為重要，為了能夠增加瓦斯的回收利用率，需要將傳統(tǒng)抽放的方式改為全面卸壓開采抽采瓦斯的方法。卸壓開采抽采瓦斯的技術要點如下：

（一）低透高瓦斯煤層群保護層開采卸壓抽采瓦斯

在低透高瓦斯煤層群當中，保護層的開采和瓦斯抽采是解決危險煤層與瓦斯突出和實現(xiàn)安全生產(chǎn)的有效措施。由于保護層透氣性較低，直接對原始煤層進行瓦斯抽采不僅需要布置密集的鉆孔、而且抽放時間長，效果不佳。此外，傳統(tǒng)的低透高瓦斯煤層群開采技術主要是以自然排放的方式消除瓦斯災害，這種方法顯然不利于瓦斯的有效利用。通過對保護層的實際情況進行分析可以發(fā)現(xiàn)，煤層開采的過程中破壞了巖體周圍的結構，此時支承壓力、支承邊界條件、頂板懸露面積都在發(fā)生變化，沿著煤層開采的方向由于受到支承壓力的影響，頂、底板巖層需要經(jīng)過壓縮、膨脹等過程，從而產(chǎn)生頂板冒落以及下沉現(xiàn)象，并且伴隨著大量裂縫的產(chǎn)生，此時瓦斯可以迅速流動并匯集到巖體裂隙區(qū)域內(nèi)，因此可以通過卸壓抽采的方式，把瓦斯抽采鉆孔布置在裂隙區(qū)內(nèi)，由于瓦斯具有浮動性和滲流性，大量的瓦斯會沿巖體裂隙通道匯集在-起，從而在巖體環(huán)形裂隙圈內(nèi)形成瓦斯積存庫。把抽采鉆孔布置在裂隙區(qū)內(nèi)可以降低保護層工作面回采過程中的瓦斯涌出，實現(xiàn)保護層工作面的安全回采，又可以降低保護層的瓦斯壓力和含量，變高瓦斯突出危險煤層為低瓦斯無突出危險煤層，實現(xiàn)了煤礦與瓦斯資源的高效利用。

（二）低透高瓦斯煤層群保護層開采卸壓范圍

保護層開采卸壓范圍是影響礦井安全生產(chǎn)的重要因素，距離保護層的距離越近，膨脹變形的程度越大，此時可以進行充分卸壓并且能夠獲得理想的保護效果。通過巖體力學的主要參數(shù)以及煤礦開采的數(shù)據(jù)資料模擬開采空間頂板冒落以及裂隙發(fā)育的特征，根據(jù)巖層移動理論以及數(shù)據(jù)分析的方式確定出裂隙區(qū)域的具體方位。通常可以按照沿走向頂、底板應力分布的規(guī)律以及沿傾向頂、底板巖體應力分布的規(guī)律。其中沿走向頂、底板應力分布的規(guī)律是指低透高瓦斯煤層群上保護層開采時需要沿著煤層走向的卸壓范圍向深度方向收斂，而下保護層的開采則需要沿著煤層走向的卸壓范圍向高度方向發(fā)散，并且確保巖體應力狀態(tài)呈左右對稱的形態(tài);沿傾向頂、底板巖體應力分布的規(guī)律主要是指在開采低透高瓦斯煤層群_上保護層以及下保護層時，傾向卸壓方向的應力分布呈不對稱狀態(tài)。開采上保護層是沿煤層傾向的卸壓范圍向深度方向收斂，且下山側的傾向卸壓角大于上山側的傾向卸壓角;開采下保護層是需要沿著煤層傾向的卸壓范圍向高度方向發(fā)散，且下山側的傾向卸壓角小于上山側的傾向卸壓角。

（三）嚴格執(zhí)行低透高瓦斯煤層群的瓦斯監(jiān)控以及管理

保持低透高瓦斯煤層群礦井巷道良好的通風效果，也可以有效地避免瓦斯爆炸的發(fā)生。加強通風的有效措施包括：合理的選擇通風系統(tǒng)，并對低透高瓦斯煤層群巷道內(nèi)的通風情況進行科學規(guī)劃，確保每一個工作區(qū)域都有足夠風量，最大限度的降低瓦斯?jié)舛取ｋm然低透高瓦斯煤層群瓦斯的抽采以及通風設施都已經(jīng)準備到位，但由于管理者疏于管理對瓦斯監(jiān)控制度執(zhí)行不嚴，也容易導致瓦斯事故的產(chǎn)生。這就要求管理者必須嚴格落實煤礦企業(yè)安全生產(chǎn)的主體責任，完善瓦斯監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)，加大對現(xiàn)場的安全監(jiān)管力度，進一步健全“通風可靠、抽采達標、監(jiān)控有效、管理到位”的煤礦瓦斯綜合防治工作體系。

五、結束語

由上可知，低透高瓦斯煤層群容易受到外界因素的影響，然后給煤礦開采工作帶來了一定的困難，且再加上瓦斯含量在較高的情況下容易發(fā)生爆炸，這些問題的存在嚴重影響到了礦井生產(chǎn)的發(fā)展，為此有關人員應當采取到科學合理的措施，才能有效提升到低透高瓦斯煤層群的開采安全高效性。

參考文獻：

[1]楊楓， 鄭金龍. 近距離煤層群下保護層開采卸壓保護效果研究[J]. 煤炭技術， 2020.