淺談煤層深部開采瓦斯治理技術

　　[摘 要]瓦斯是煤礦的主要自然災害之一，長期以來一直嚴重威脅著煤礦的安全生產和礦井的經(jīng)濟效益。本文介紹了深部開采瓦斯的危害，論述了深部開采瓦斯防治面臨的困難，并提出了深部開采瓦斯的治理措施。
　　[關鍵詞]深部開采；瓦斯；治理措施
　　中圖分類號：S653 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2018）24-0248-01
　　煤炭是我國國民經(jīng)濟發(fā)展的基礎，在我國煤炭是重要的能源，煤炭在未來的很長一段時間都會占據(jù)著主要能源的位置。但在開采煤炭時，礦井中瓦斯超限及瓦斯積聚發(fā)生頻繁，而且這些問題時刻威脅著從業(yè)人員的生命安全。經(jīng)濟的快速增長加劇了煤炭工業(yè)的發(fā)展，也使人們重視煤礦瓦斯的治理工作，以確保煤炭工作的健康、穩(wěn)定發(fā)展。
　　一、深部開采瓦斯危害
　　1、瓦斯窒息。深井開采礦山壓力大，若瓦斯涌出量較大時，則通風系統(tǒng)管理不善；通風巷道風流反向、采空區(qū)或煤層中高濃度瓦斯涌出；工作人員誤入未及時封閉停風的巷道；或因停風導致瓦斯積聚而沒有采取相應措施等，都可能造成人員誤入，缺氧窒息而亡。
　　2、瓦斯燃燒。煤層瓦斯含量較高，生產過程中瓦斯涌出量較大，通風不能將瓦斯及時稀釋并排出，并在局部地點形成瓦斯積聚，一旦接近火源就可能發(fā)生瓦斯燃燒，造成火災，火災引起瓦斯爆炸等一系列災難性事故。
　　3、瓦斯爆炸。瓦斯爆炸發(fā)生的條件是瓦斯積聚達到爆炸極限濃度、引爆火源和足夠的氧氣。井下的照明、爆破火焰、電氣火花、摩擦火花等都可能成為引爆火源。在煤礦的生產過程中，很難完全杜絕這些火花的產生。在井下瓦斯超限和局部瓦斯積聚達到爆炸極限濃度時，接近火源都有可能發(fā)生瓦斯爆炸，甚至引起煤塵、瓦斯聯(lián)鎖爆炸。
　　二、深部開采瓦斯防治面臨的困難
　　1、深部礦井環(huán)境復雜。深部采掘導致地應力重新分布，時空關系復雜多變，高應力釋放、轉移和強卸荷作用引起的煤巖體破碎、塊度分布極其復雜；此外，大范圍開采對煤巖體形成反復擾動，使煤巖體經(jīng)歷多次變形、破壞過程，其介質屬性非常復雜。
　　2、組間距離遠，組內距離近，沒有合適保護層可采。在煤層深部開采瓦斯時，普遍存在的煤層瓦斯賦存特征是：煤組間距大，保護層開采效果差；組內間距小，保護層開采危險性大。
　　3、礦區(qū)突出煤層煤質松軟，煤層透氣性系數(shù)低，限制了打深孔和預抽煤層瓦斯效果。
　　4、瓦斯壓力大（最大超過6.6MPa），瓦斯含量高（部分煤層超過30m3/t），煤與瓦斯突出危險性大。
　　5、開采深度大（個別礦井采深達1200m），沖擊地壓災害日趨嚴重。
　　三、深部開采瓦斯治理措施
　　深部開采瓦斯綜合治理應以防突和抽采為主：①抽采以鄰近層卸壓瓦斯抽采、本煤層瓦斯預抽及采空區(qū)瓦斯抽采為主；②深部煤層開采的本煤層瓦斯含量較大，而且頂?shù)装鍘r層透氣性不好，瓦斯釋放條件較差，因此，防治突出措施將以降低減少本層瓦斯為主。目前，我國主要是按照“四位一體”綜合防突措施防治煤與瓦斯突出，具體分為區(qū)域綜合防突措施和局部綜合防突措施，其中區(qū)域防突措施主要有開采保護層和瓦斯抽采2大類，局部防突措施有水力沖孔、水力壓裂、水力擠壓、水力沖刷和煤層注水等水力化措施。
　　1、保護層開采防治煤與瓦斯突出。
　　1）開采保護層。它是最為有效的治理煤與瓦斯突出的區(qū)域性措施，其原理如圖1所示。
　　2） 開采保護層結合瓦斯抽采。在開采層間距小于30～50 m的煤層群時，層間沒有較厚的硬巖層，突出層卸壓后，大量瓦斯會通過層間裂隙涌向開采層，進而引起開采層瓦斯超限，而靠通風并不能解決瓦斯超限問題。因此，需結合瓦斯抽采來降低瓦斯向工作面和上隅角的涌出。而開采層瓦斯主要來源于采空區(qū)與鄰近層，所以采用采空區(qū)抽采結合鉆孔抽采，能夠減少本煤層開采的瓦斯向上隅角和回風巷排放的壓力，同時加快被保護層的瓦斯釋放速度，進而提高采掘進度。
　　3）利用鉆卸法開采極薄保護層。鉆卸法是以打大直徑鉆孔為手段，通過利用地應力、瓦斯壓力等破壞保護層的極薄煤層，從而達到開采保護層的目的。其具體做法是在突出煤層上方極薄煤層的運輸巷或中間巷，沿極薄煤層仰斜打一些平行間距不大的大直徑鉆孔，使煤層的應力重新分布，煤柱產生集中應力，當煤柱均被壓碎，則在突出煤層的上方形成一個連續(xù)的卸壓空間，進而起到開采保護層防治突出的作用。
　　2、突出煤層瓦斯抽采。降低突出煤層瓦斯壓力及含量與改變煤層地應力，是防治煤與瓦斯突出的手段之一。在無保護層可開采的情況下，瓦斯抽采是最有效的防治煤與瓦斯突出危險性的手段，它以減少煤層瓦斯含量、降低煤層瓦斯壓力為目的。通過合理抽采，不僅可以防治煤與瓦斯突出，而且濃度較高的瓦斯也能夠民用，從而為煤礦企業(yè)創(chuàng)造更好的經(jīng)濟收益。
　　瓦斯抽采分為預抽、鄰近層和采空區(qū)抽采，預抽又分為穿層鉆孔條帶抽采、順層鉆孔抽采和網(wǎng)格式穿層鉆孔抽采、地面長鉆孔抽采和綜合抽采。
　　1）穿層鉆孔條帶瓦斯抽采是在突出煤層以外的巖石巷道或非突出煤層巷道打穿層鉆孔，它能降低預抽條帶瓦斯壓力，減少煤層瓦斯含量，使該條帶應力重新分布，增加透氣性，降低煤層的煤與瓦斯突出危險性，使突出煤層可以順利掘進巷道，形成采煤工作面。
　　2）網(wǎng)格式穿層鉆孔適用于松軟低透氣性突出煤層的瓦斯抽采，能解決突出煤層打順層孔時噴孔、塌孔問題。
　　3）在無底板巷道的突出礦井多采用順層鉆孔抽采瓦斯，順層鉆孔抽采的是本煤層瓦斯，是從已形成的進風或回風巷抽采該工作面的瓦斯。本煤層抽采是為了降低煤層瓦斯含量緩解煤體應力狀態(tài)，從而達到防治煤與瓦斯突出的作用。此抽采方法多數(shù)單層煤開采常用來防治煤與瓦斯突出。因煤層瓦斯來源不同，隨著采深增加，瓦斯涌出量也在增加，采用單一抽采方式可能無法解決問題，因此，在許多情況下采用綜合抽采方式。
　　3、防治煤與瓦斯突出的水力化措施。水力化措施是在抽采瓦斯的基礎上增加煤層透氣性，提高抽采率，盡快降低煤層瓦斯壓力和含量的一種手段。防治煤與瓦斯突出的水力化措施從工作方式上可分為2種：一種是在煤體中形成空洞，利用形成空洞后的地應力重新分布，擴大卸壓影響范圍，并利用形成的空洞疏通通道，排出煤層中的瓦斯。另一種是改善煤體的力學性質，增加其強度，提高其穩(wěn)定性，擴大其卸壓范圍，并將其脆性破壞轉變?yōu)樗苄云茐摹＠�用水的不可壓縮性，來完成水力沖孔、水力壓裂、水力擠壓、水力沖刷和煤層注水。通過所達到的目的不同可將水力化措施分為2類：將水作為濕潤劑，向煤層注水濕潤煤體，增加煤層的塑性、降低煤層的解吸速度，從而起到防治突出的目的；將水作為工具，在煤層中形成人工空腔，或使已形成的槽縫、裂縫擴大，促使煤體位移，如水力沖刷、水力割縫、水力壓裂和水力擠出等。其主要目的是使煤體破裂和位移，從而使煤體中的應力趨于緩和或重新分布，使瓦斯得到排放，從而起到防治突出的作用。
　　四、結語
　　隨著我國煤炭開采強度的加大和開采深度的延伸，煤礦深部開采瓦斯防治面臨的一系列問題將是我國當前和今后煤礦安全生產中的重大問題，必須未雨綢繆，加大科技創(chuàng)新的力度，以期解決關鍵技術難題，采用先進的技術裝備，降低和防范深部開采帶來的風險，實現(xiàn)深部煤礦安全、高效、低成本開采。
　　參考文獻
　　[1] 俞啟香.礦井瓦斯防治[M].中國礦業(yè)大學出版社，2016.
　　[2] 張鐵崗.礦井瓦斯綜合治理技術[M].北京：煤炭工業(yè)出版社，2017.
　　[3] 張思學.瓦斯煤層綜合抽采技術[J].煤炭技術，2016.

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