煤礦瓦斯防治技術(shù)現(xiàn)狀與問題

白龍西，李德仁，文 浩，李會(huì)鵬

(1.彬縣煤炭有限責(zé)任公司，陜西 咸陽 712000；2.陜西華彬雅店煤業(yè)有限公司，陜西 彬州 713500)

0 引言

瓦斯事故是常見的煤礦生產(chǎn)安全問題，屬于煤礦發(fā)展行業(yè)的基本災(zāi)害，給我國煤礦產(chǎn)業(yè)的正常運(yùn)行以及可持續(xù)發(fā)展造成了嚴(yán)重影響。根據(jù)多次實(shí)地考察報(bào)告可知，常見的煤礦瓦斯事故主要包括瓦斯混合氣體的爆炸，煤與瓦斯的突出，瓦斯窒息等，文章主要從目前我國的煤礦事業(yè)發(fā)展實(shí)況出發(fā)，對(duì)現(xiàn)有的煤礦企業(yè)瓦斯治理工藝進(jìn)行了探討，發(fā)現(xiàn)雖然現(xiàn)階段的瓦斯事故處理成效較好，但還存在許多細(xì)節(jié)問題，故更加深入地探討了后續(xù)瓦斯事故處理工藝，為實(shí)現(xiàn)煤礦事業(yè)發(fā)展的安全、高質(zhì)、高效生產(chǎn)提供借鑒。

1 我國煤礦領(lǐng)域瓦斯治理工藝的現(xiàn)狀

1.1 煤層間瓦斯抽取工藝

礦井中的瓦斯抽采過程基本上是在地面上方，朝向煤層儲(chǔ)氣空間的天然氣抽取管道的安裝，或者是在井底的鉆探過程，這個(gè)過程依托的主要是特殊的瓦斯管道，特殊的氣體通風(fēng)管道將氣體輸送到地面進(jìn)行存儲(chǔ)、發(fā)電等。在煤層空間實(shí)施瓦斯抽采，不僅有效地預(yù)防和控制了地下瓦斯災(zāi)害的發(fā)生，而且還提高了液化瓦斯能源的利用率，在一定程度上幫助緩解國家天然氣資源緊缺問題。在20世紀(jì)50年代，東北礦區(qū)在我國的瓦斯抽采技術(shù)實(shí)踐中處于領(lǐng)先地位，在我國的煤氣利用技術(shù)中起著領(lǐng)導(dǎo)作用。進(jìn)入21世紀(jì)以來，隨著我國煤田地下開采技術(shù)的成熟和改進(jìn)，煤礦瓦斯開采技術(shù)依賴于地下挖掘和侵入式挖掘。我們國家的開采技術(shù)在趨近成熟的階段內(nèi)，也經(jīng)歷了許多艱難險(xiǎn)阻，是通過井下施工瓦斯抽采鉆孔對(duì)高滲透性煤層實(shí)施瓦斯氣的預(yù)抽采，后期出現(xiàn)發(fā)展成依托穿層打孔，對(duì)相鄰的煤層中的瓦斯氣體進(jìn)行抽采，再之后，開始應(yīng)用更加成熟的技術(shù)。我國的煤層瓦斯抽采技術(shù)發(fā)展到如今大體經(jīng)歷了4個(gè)階段，近幾年我國的煤層瓦斯抽采技術(shù)發(fā)展越來越好，但與發(fā)達(dá)國家相比我國煤礦瓦斯抽取工藝尚有差距。

1.2 礦層瓦斯的連續(xù)性監(jiān)測技術(shù)

煤礦瓦斯?jié)舛鹊默F(xiàn)場連續(xù)監(jiān)測過程，是指在煤礦主巷道和瓦斯涌出區(qū)域安裝瓦斯監(jiān)測裝置，實(shí)現(xiàn)對(duì)煤礦瓦斯涌出量的實(shí)時(shí)在線監(jiān)測，并確定瓦斯?jié)舛取ｎA(yù)先設(shè)置的限值通過檢測系統(tǒng)自動(dòng)顯示并在需要時(shí)快速關(guān)閉電源來確保煤礦生產(chǎn)操作的安全。由于我國高端設(shè)備生產(chǎn)質(zhì)量和采礦工程技術(shù)水平的不斷提高，我國大多數(shù)煤礦都建立了更加先進(jìn)，更加完善的監(jiān)測監(jiān)控制度，瓦斯監(jiān)測職能機(jī)構(gòu)也有所完善。但是，由于煤層結(jié)構(gòu)復(fù)雜性和技術(shù)管理的多樣性，煤礦事業(yè)發(fā)展中的瓦斯防治工作仍然有很多缺陷。

2 煤礦瓦斯防治技術(shù)的現(xiàn)狀與存在的問題

2.1 煤層瓦斯數(shù)據(jù)收集不足，瓦斯含量和突出等級(jí)等預(yù)測誤差大

在煤礦開采前預(yù)測并確定瓦斯含量和爆炸等級(jí)，是煤礦開采時(shí)瓦斯氣體爆炸、泄露的預(yù)防和控制工作的重要指南。但由于技術(shù)限制，現(xiàn)階段想要收集完整的煤層瓦斯數(shù)據(jù)難度系數(shù)非常高，而不精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)容易導(dǎo)致較大的預(yù)測誤差，造成瓦斯含量和爆炸等級(jí)不準(zhǔn)確。另外，預(yù)測過程必須使用先前的數(shù)據(jù)，但是數(shù)據(jù)本身并不準(zhǔn)確。當(dāng)用于預(yù)測時(shí)，它不可避免地會(huì)增加誤差。然后，在數(shù)據(jù)收集過程中，由于某些數(shù)據(jù)或人為導(dǎo)致的錯(cuò)誤收集，降低了預(yù)測結(jié)果的準(zhǔn)確性和完整性，也會(huì)增加預(yù)測錯(cuò)誤。

2.2 煤礦機(jī)械化生產(chǎn)水平較低，瓦斯防治技術(shù)和設(shè)備相對(duì)落后

我國煤礦開采經(jīng)歷了炮采—普采—高檔普采—綜合機(jī)械化采煤階段。現(xiàn)階段受到生產(chǎn)成本和煤礦自然條件的限制，我國的煤礦開采條件仍處于低端狀態(tài)，礦井機(jī)械化程度非常低，瓦斯防治工作不到位，尤其是不先進(jìn)的瓦斯監(jiān)測技術(shù)以及落后的設(shè)備，嚴(yán)重影響了井下瓦斯含量的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性，不能及時(shí)預(yù)警可能發(fā)生的安全事故，導(dǎo)致瓦斯防治工作難度系數(shù)進(jìn)一步提高。

3 提高煤礦瓦斯防治能力的對(duì)策探究

3.1 加強(qiáng)煤礦瓦斯防治基礎(chǔ)理論研究

防治煤礦開采中的瓦斯事故，首先要對(duì)瓦斯防治的基礎(chǔ)理論進(jìn)行了解。

瓦斯防治預(yù)警研究：要深入研究瓦斯富集區(qū)域的分布特點(diǎn)，明確瓦斯地質(zhì)可能造成的災(zāi)害，探究其生成機(jī)理，做好危險(xiǎn)預(yù)警。尤其要重視典型地質(zhì)條件下的瓦斯含量以及分布原理，通過預(yù)測預(yù)報(bào)技術(shù)以及基礎(chǔ)理論知識(shí)明確瓦斯多分布區(qū)域的危險(xiǎn)性，并且通過一定的預(yù)警方式，盡量降低瓦斯事故造成的煤礦安全開采事故，提高煤礦開采的安全性。

煤巖瓦斯動(dòng)力災(zāi)害機(jī)理研究：深入研究煤巖瓦斯動(dòng)力災(zāi)害機(jī)理，做好控制方式探索。瓦斯災(zāi)害并不是單一的災(zāi)害類型，而是多種的復(fù)合性的災(zāi)害演化，常見的煤礦災(zāi)害有瓦斯爆炸，主要表現(xiàn)為煤與瓦斯突出、瓦斯窒息、沖擊地壓等等，瓦斯爆炸是涉及范圍最廣、災(zāi)害性最大、最易發(fā)生的事故，無論是預(yù)防還是解決，都要了解清楚瓦斯事故的基礎(chǔ)原理，瓦斯事故的具體演化過程、分布區(qū)域、造成災(zāi)害的具體原因等；再結(jié)合先進(jìn)儀器及先進(jìn)技術(shù)量化災(zāi)害的具體表現(xiàn)。眾所周知，煤礦安全事故并不只是單一因素造成的，瓦斯安全問題同樣如此，工作人員應(yīng)該研究多因素耦合條件下的動(dòng)力災(zāi)害演化過程，基礎(chǔ)條件下可以通過大型的物理模擬明確各種因素的不同影響，分析造成安全事故的最主要原因，通過三位一體的研究方式，明確揭示其耦合機(jī)制和演化規(guī)律。

增透機(jī)理及高效瓦斯抽采研究：增透機(jī)理及高效瓦斯抽采的基礎(chǔ)研究也是現(xiàn)階段煤炭企業(yè)發(fā)展最應(yīng)該深入研究的內(nèi)容之一，如何開采低透氣性煤層是研究的重中之重。技術(shù)人員需要結(jié)合理論知識(shí)，通過物理實(shí)驗(yàn)，明確井上、下聯(lián)合瓦斯抽取機(jī)理，研究其滲透規(guī)律，明確各種抽采條件以及外界因素影響是否會(huì)造成瓦斯的泄露等問題。

瓦斯抽采問題研究：深入研究瓦斯抽采過程中各類問題出現(xiàn)的原因，煤礦開采過程中瓦斯爆炸機(jī)理以及傳播規(guī)律。

3.2 建立和完善煤礦瓦斯監(jiān)測監(jiān)控體系，加強(qiáng)瓦斯預(yù)測力度

近幾年，我國煤礦事業(yè)發(fā)展有了質(zhì)的飛躍，但是在煤礦事業(yè)發(fā)展的同時(shí)，也存在煤炭資源愈發(fā)緊缺，瓦斯事故頻發(fā)等問題。煤礦開采監(jiān)管系統(tǒng)的不完善，開采管理制度的不健全是這些問題難以解決的主要原因之一，一個(gè)完善的瓦斯安全預(yù)測預(yù)報(bào)系統(tǒng)，不僅需要明確井下的瓦斯?jié)舛龋咚咕唧w分布情況，還需要實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測井下情況，確保在井下瓦斯超限時(shí)第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)并提出有效的解決方案，避免發(fā)生不安全事故。通過經(jīng)驗(yàn)積累發(fā)現(xiàn)，地形、地域特點(diǎn)也能夠合理預(yù)測瓦斯含量，提高開采安全性，目前較為常用的預(yù)測法有3種：①通過煤層區(qū)域分布特點(diǎn)來預(yù)測。②通過不同區(qū)域、不同密度的分布情況進(jìn)行局部預(yù)測。③結(jié)合各種往期數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測。

3.3 加強(qiáng)煤礦瓦斯防治技術(shù)與裝備研發(fā)

加強(qiáng)對(duì)瓦斯問題的防治技術(shù)設(shè)備研發(fā)主要從以下幾點(diǎn)出發(fā)。

單一煤層典型地質(zhì)條件下采煤影響區(qū)的卸壓瓦斯抽采技術(shù)，提高單一煤層典型地質(zhì)條件下的煤層滲透，在單一煤層典型地質(zhì)條件下從地表井中抽采，包括關(guān)鍵技術(shù)和設(shè)備，天然氣關(guān)鍵技術(shù)，以及在單一煤層典型地質(zhì)條件下的從井上、下提取復(fù)雜氣體的關(guān)鍵技術(shù)和設(shè)備。①深入研究井上、下聯(lián)合抽取煤層瓦斯的關(guān)鍵技術(shù)，要注重井下生產(chǎn)安全設(shè)施以及地面的控制設(shè)備的深入研究。②深入研究高瓦斯涌出煤層瓦斯抽采的技術(shù)設(shè)備與裝備研究，要注重其關(guān)鍵技術(shù)以及設(shè)備的研究，結(jié)合傳統(tǒng)技術(shù)及理論知識(shí)體系，勇于改革創(chuàng)新，發(fā)展新技術(shù)、新工藝。③各種瓦斯抽采關(guān)鍵技術(shù)的研究側(cè)重點(diǎn)不同，例如：高瓦斯特厚急傾斜易自燃煤層瓦斯抽取關(guān)鍵技術(shù)研究的側(cè)重點(diǎn)就在于井下大范圍滲透技術(shù)以及設(shè)備。④為了提升檢測精度，從根源上預(yù)防瓦斯安全事故的發(fā)生，也要深入研究井下高精度的研究技術(shù)，通過先進(jìn)的測定技術(shù)進(jìn)行大范圍的高精度的超前檢測，通過微震檢測以及地質(zhì)雷達(dá)檢測確定井下的瓦斯?jié)舛龋岣唛_采安全性。

4 結(jié)語

煤礦產(chǎn)業(yè)是國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要支柱之一，瓦斯事故的出現(xiàn)嚴(yán)重影響了煤礦產(chǎn)業(yè)發(fā)展，無論是國家還是煤礦企事業(yè)單位都高度重視瓦斯防治工作。結(jié)合先進(jìn)理論和安全開采技術(shù)避免瓦斯爆炸或者瓦斯窒息事故的出現(xiàn)，加強(qiáng)煤礦產(chǎn)業(yè)發(fā)展管理力度，提高安全意識(shí)，促進(jìn)煤礦產(chǎn)業(yè)的安全穩(wěn)定發(fā)展。