苗建明

(陽(yáng)煤集團(tuán)壽陽(yáng)開(kāi)元礦業(yè)有限責(zé)任公司安全監(jiān)察處，山西 壽陽(yáng) 045400)

安全生產(chǎn)

煤礦瓦斯治理關(guān)鍵技術(shù)探討

苗建明

(陽(yáng)煤集團(tuán)壽陽(yáng)開(kāi)元礦業(yè)有限責(zé)任公司安全監(jiān)察處，山西 壽陽(yáng) 045400)

簡(jiǎn)述瓦斯抽采技術(shù)的發(fā)展歷程，探討了采掘工作面瓦斯涌出量預(yù)測(cè)的現(xiàn)狀，對(duì)抽放本煤層瓦斯、抽采鄰近煤層及采空區(qū)瓦斯所使用的主要技術(shù)措施進(jìn)行了分析。優(yōu)化分析礦井抽采效果，完善監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)，最大限度地減少瓦斯災(zāi)害發(fā)生，實(shí)現(xiàn)礦井安全-高效-綠色開(kāi)采。

瓦斯抽采；高瓦斯礦井；安全生產(chǎn)

據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，2016年，全國(guó)共發(fā)生煤礦事故249起。其中，瓦斯事故大約20起。瓦斯事故性質(zhì)極其惡劣，在礦井重大事故死傷人數(shù)中，因瓦斯事故而死傷的人數(shù)約占90%，嚴(yán)重危害了人民的生命財(cái)產(chǎn)安全，影響煤礦的安全高效生產(chǎn)。山西煤田多為復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造，高瓦斯礦井和煤與瓦斯突出礦井眾多。隨著煤炭需求量的不斷增大，煤礦的開(kāi)采深度不斷增大，礦井瓦斯問(wèn)題日趨嚴(yán)重。

為了減少瓦斯事故的發(fā)生，國(guó)家提出了十二字瓦斯治理安全生產(chǎn)方針，突出體現(xiàn)了礦井瓦斯抽采是礦井瓦斯治理安全生產(chǎn)中的關(guān)鍵技術(shù)措施。對(duì)采掘工作面進(jìn)行瓦斯抽采，不僅可以滿足礦井安全生產(chǎn)瓦斯?jié)舛鹊囊?，減少通風(fēng)成本，而且可以將抽采出的瓦斯加以利用，緩解當(dāng)前能源需求緊張的現(xiàn)狀，變廢為寶，實(shí)現(xiàn)礦山綠色開(kāi)采。

1 研究現(xiàn)狀

國(guó)內(nèi)瓦斯抽放技術(shù)研究的60多年歷史中，主要經(jīng)歷了以下幾個(gè)階段：

1)對(duì)透氣性良好的煤層，施工鉆孔抽采瓦斯。20世紀(jì)50年代，撫順礦務(wù)局首先開(kāi)始了試驗(yàn)研究，在高滲透性煤層井下鉆孔抽采瓦斯，取得了良好效果。該成果的應(yīng)用與推廣，大大減少了礦井瓦斯災(zāi)害的發(fā)生。但在低滲透性煤層及薄煤層中，該技術(shù)起到的效果卻大打折扣。

2)抽放鄰近層瓦斯階段。該技術(shù)廣泛應(yīng)用于具有鄰近層抽采條件的礦井，抽采效果良好。

3)對(duì)低透氣性煤層，采取多種強(qiáng)化措施進(jìn)行瓦斯抽采。諸如，向煤層高壓注水增大煤層透氣性、對(duì)煤層松動(dòng)爆破、利用水力割縫及水力壓裂加大滲透率等。

4)綜合抽采瓦斯階段。近些年，山西建立了地面鉆井抽采、井下順層和穿層鉆孔抽采、本煤層與鄰近煤層空間聯(lián)合抽采，在時(shí)間上有機(jī)結(jié)合采前預(yù)抽、邊采邊抽與采空區(qū)抽采，優(yōu)化礦井瓦斯抽采效果。

通過(guò)60多年的研究，瓦斯抽采技術(shù)已取得了鮮明的成果。同時(shí)，國(guó)家先后制定了瓦斯治理十二字方針和十六字體系，出臺(tái)了《關(guān)于加快煤層氣(煤礦瓦斯)抽放利用的若干意見(jiàn)》、“煤礦瓦斯治理與利用實(shí)施意見(jiàn)”、“煤礦瓦斯抽放基本指標(biāo)”和“礦井瓦斯抽放規(guī)范”等標(biāo)準(zhǔn)。在國(guó)家相關(guān)政策的大力支持下，山西的礦井瓦斯抽采技術(shù)取得了前所未有的發(fā)展。

2 抽采技術(shù)措施

煤炭需求量的不斷增大，導(dǎo)致開(kāi)采深度不斷加深，使得礦井地質(zhì)構(gòu)造逐漸復(fù)雜，引起采區(qū)的瓦斯涌出量增大。而單純使用傳統(tǒng)的風(fēng)排瓦斯方法，從技術(shù)角度來(lái)講，受通風(fēng)能力所限，無(wú)法將采區(qū)瓦斯?jié)舛瓤刂圃谝粋€(gè)安全范圍內(nèi)；從經(jīng)濟(jì)角度看，通風(fēng)成本過(guò)高且不合理，無(wú)法滿足礦井的安全高效開(kāi)采。

2.1 本煤層瓦斯抽放研究

山西高瓦斯及突出礦井眾多，在采掘工作過(guò)程中存在瓦斯涌出量高且難治理的問(wèn)題。而本煤層順層鉆孔抽放可以對(duì)工作面瓦斯涌出量大的問(wèn)題起到良好的作用，可滿足回采工作面瓦斯的安全濃度要求。

2.1.1 加強(qiáng)本煤層瓦斯涌出量預(yù)測(cè)

對(duì)開(kāi)采層相對(duì)瓦斯涌出量q1進(jìn)行預(yù)測(cè)時(shí)，通常采用瓦斯涌出分源法，公式如式(1)。

q1=K1K2K3(W0-WC)m/M

(1)

式中：K1為圍巖瓦斯涌出系數(shù)；K2為開(kāi)采后遺留煤瓦斯涌出系數(shù)；K3為預(yù)排工作面準(zhǔn)備巷道瓦斯對(duì)開(kāi)采層瓦斯涌出影響系數(shù)，K3=(L-2h)/L，L為工作面長(zhǎng)度，h為掘進(jìn)巷道預(yù)排等值寬度；W0為未開(kāi)采前煤層原有瓦斯含量；WC為開(kāi)采后煤的殘留瓦斯含量；m為開(kāi)采層厚度；M為工作面采高。

2.1.2 本煤層順層鉆孔抽放

在掘進(jìn)工作面施工運(yùn)輸巷和回風(fēng)巷過(guò)程中，垂直于運(yùn)輸巷和回風(fēng)巷煤壁向煤體施工順層平行鉆孔，其直徑為75 mm～100 mm，鉆孔傾角、孔深要滿足設(shè)計(jì)參數(shù)要求。施工完成1個(gè)鉆孔的同時(shí)，迅速對(duì)鉆孔進(jìn)行密封。封孔結(jié)束后，聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行不間斷抽放，這樣可以對(duì)工作面煤體進(jìn)行采前預(yù)抽；同時(shí)，預(yù)抽鉆孔在工作面回采時(shí)又起到邊采邊抽的作用。將采前預(yù)抽與邊采邊抽有效結(jié)合，對(duì)工作面安全生產(chǎn)起到積極的意義。

2.2 采空區(qū)及鄰近煤層瓦斯抽放

在工作面生產(chǎn)過(guò)程中，重新分布采場(chǎng)圍巖應(yīng)力，采空區(qū)頂板彎曲下沉、垮落、破碎，使得圍巖移動(dòng)變形產(chǎn)生裂隙，為瓦斯涌出提供通道。與此同時(shí)，處于卸壓范圍內(nèi)的煤層也進(jìn)行卸壓，卸壓瓦斯沿著裂隙通道進(jìn)入開(kāi)采層，制約了煤礦的安全生產(chǎn)。

2.2.1 鄰近層瓦斯涌出量預(yù)測(cè)

通過(guò)公式(2)預(yù)測(cè)鄰近層瓦斯涌出量q2。

(2)

式中：W0i為第i個(gè)鄰近層煤層原有瓦斯含量；Wci為第i個(gè)鄰近層煤層殘余瓦斯含量；ηi為第i個(gè)鄰近煤層瓦斯排放率；mi為第i個(gè)鄰近煤層厚度；M為工作面采高。

2.2.2 頂板鉆孔抽放

頂板鉆孔抽放主要針對(duì)上覆巖層及鄰近層的瓦斯抽放，每隔一定距離向回風(fēng)巷中煤層頂板鉆孔，在煤層頂板中布置鉆場(chǎng)。對(duì)采空區(qū)頂板施工頂板走向鉆孔，鉆孔開(kāi)孔位置離煤層頂板距離大于1 m。由于冒落帶頂部以及裂隙帶下部區(qū)域裂隙通道發(fā)育成熟，所以，為使頂板鉆孔抽放取得良好效果，將鉆孔終止位置布置在其中。隨著工作面推進(jìn)，上覆巖層由于開(kāi)采擾動(dòng)影響向下冒落，形成瓦斯運(yùn)移通道。受孔口負(fù)壓作用，上鄰近層卸壓瓦斯以及采空區(qū)瓦斯進(jìn)入頂板瓦斯運(yùn)移通道，通過(guò)頂板走向鉆孔抽放采空區(qū)及鄰近層瓦斯。

2.2.3 高抽巷抽采

將高抽巷布置上覆巖層裂隙帶內(nèi)，巖層受開(kāi)采擾動(dòng)影響斷裂、垮落，裂隙充分發(fā)育，為瓦斯流動(dòng)提供通道，是布置高位抽排巷的最佳位置。向上進(jìn)行穿層鉆孔，實(shí)現(xiàn)高抽巷的“一巷多用”，有效抽采了裂隙帶內(nèi)的瓦斯，可以避免工作面上隅角瓦斯?jié)舛瘸?。否則，引起甲烷傳感器報(bào)警，影響生產(chǎn)。

采空區(qū)瓦斯抽放就是在采空區(qū)頂板施工鉆孔進(jìn)行抽放，通常布置在頂板裂隙帶內(nèi)，利用瓦斯抽放時(shí)上鄰近層瓦斯向工作面涌進(jìn)，將其抽采，可以有效降低采空區(qū)向工作面的瓦斯涌出量。

2.3 地面鉆井抽放

在煤層受到開(kāi)采擾動(dòng)后，井下應(yīng)力穩(wěn)定區(qū)域內(nèi)殘存的保護(hù)煤柱、丟煤及其圍巖中聚集了大量的瓦斯，通過(guò)地面鉆井對(duì)這一區(qū)域的瓦斯進(jìn)行抽采，可以有效緩解這部分瓦斯的威脅。目前，山西已有許多礦區(qū)進(jìn)行了地面鉆井抽放的研究，實(shí)現(xiàn)了煤與瓦斯協(xié)調(diào)開(kāi)采的開(kāi)發(fā)模式。通過(guò)地面鉆井抽采、井下順層和穿層鉆孔結(jié)合抽采、本煤層與鄰近煤層空間聯(lián)合抽采，在時(shí)間上有機(jī)結(jié)合采前預(yù)抽、邊采邊抽與采空區(qū)抽采，形成瓦斯時(shí)空治理模式，實(shí)現(xiàn)礦井安全-高效-綠色開(kāi)采。

2.4 保護(hù)層開(kāi)采技術(shù)

在近距離煤層群中保護(hù)層開(kāi)采技術(shù)較為適合。在完成保護(hù)層開(kāi)采后，伴隨保護(hù)層的收縮變形，煤的力學(xué)強(qiáng)度發(fā)生變化，進(jìn)而使瓦斯壓力發(fā)生了改變，煤層透氣性也隨之變化，使鄰近突出危險(xiǎn)煤層的突出危險(xiǎn)性降低。

3 加強(qiáng)與完善監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)

通過(guò)國(guó)內(nèi)外先進(jìn)的技術(shù)手段建立網(wǎng)絡(luò)信息集約平臺(tái)，囊括數(shù)據(jù)、語(yǔ)音、視頻。各級(jí)人員加強(qiáng)監(jiān)督檢查，參加安全培訓(xùn)，嚴(yán)格遵照煤礦安全規(guī)程，提高自我安全意識(shí)，健全責(zé)任制，實(shí)現(xiàn)全局聯(lián)網(wǎng)。設(shè)專(zhuān)業(yè)人員全程監(jiān)控，實(shí)時(shí)掌控井下瓦斯、一氧化碳等有毒有害氣體含量。在發(fā)生瓦斯超限等情況時(shí)，對(duì)瓦斯超限地點(diǎn)實(shí)施閉鎖斷電，保障煤礦的生產(chǎn)安全。定期檢查甲烷傳感器是否正常工作，其閉鎖斷電功能是否完備，避免甲烷傳感器誤報(bào)警、不報(bào)警等現(xiàn)象的發(fā)生。

4 結(jié)論

瓦斯問(wèn)題已是制約山西煤礦安全生產(chǎn)的一個(gè)主要問(wèn)題。目前，礦井瓦斯治理技術(shù)常采用通風(fēng)與鉆孔抽采2種途徑，而鉆孔抽采瓦斯可以有效降低采場(chǎng)周?chē)咚褂砍隽?。瓦斯治理技術(shù)先后經(jīng)歷了高透氣性煤層預(yù)抽到低透氣性煤層強(qiáng)化抽采以及多種抽采手段結(jié)合的綜合治理過(guò)程，并逐漸由被動(dòng)治理瓦斯樹(shù)立為主動(dòng)開(kāi)發(fā)利用瓦斯的綠色礦山開(kāi)采理念，從而減少了礦井瓦斯災(zāi)害事故發(fā)生的頻率，最終實(shí)現(xiàn)礦井安全-高效-綠色開(kāi)采。

Discussiononkeytechnologiesofgascontrolincoalmine

MIAOJianming

(SafetySupervisionDepartment,YangquanCoalGroupShouyangKaiyuanMiningCo.,Ltd.,ShouyangShanxi045400,China)

The development process of gas drainage technology is described. The status quo of prediction for gas emission in mining face is discussed. Main technical measures for drainage of coal seam, adjacent seam, and goaf gas are analyzed. The mine drainage efficiency is optimized and analyzed. Monitoring and control system is improved to minimize the occurrence of gas disasters, and realize safe and green mining with high efficiency.

gas extraction; high gas mine; safety production

2017-04-17

苗建明，男，1972年出生，2013年畢業(yè)于中國(guó)礦業(yè)大學(xué)，本科，礦建工程師，主要從事安全生產(chǎn)管理工作。

10.16525/j.cnki.cn14-1109/tq.2017.03.31

TD7

A

1004-7050(2017)03-0091-03