低透高瓦斯煤层群安全开采关键技术研究徐丹

低透高瓦斯煤层群安全开采关键技术研究徐丹

徐丹

新疆煤炭设计研究院有限责任公司新疆乌鲁木齐市830091

摘要：瓦斯是一种爆炸性气体，对井下员工的生命安全有很大的危害性。而高瓦斯突出矿井经常会发生瓦斯爆炸事故，会给煤矿企业带来巨大的经济损失和人员伤亡。因此需要采取有效措施确保高瓦斯煤层群的安全生产，本文主要以低透层高瓦斯群为研究对象，对一些常见的安全开采关键技术进行探讨。

关键词：高瓦斯煤层全；安全开采；技术

一、低透高瓦斯煤层群的概况

煤层瓦斯自生自储地赋存于煤层之中。近几年来，随着煤矿井下开采深度的增加以及开采强度的增大，地质条件越来越复杂，频发的瓦斯灾害严重地威胁着矿井工作人员的生命安全，制约着矿井生产的发展。但是，煤层瓦斯又是经济的可燃气体，是一种清洁、方便、高效的能源，其发热量为33.5～36.8MJ/m3，并且不存在环境污染问题。大力开发抽采煤层瓦斯，既可以充分利用地下资源，又可以改善矿井安全条件、提高经济效益，并有利于保护地方环境质量和全球大气环境。因此，如何更有效地开发和利用煤层瓦斯，一直以来都是广大科研工作者努力的方向和目标。煤与瓦斯共采技术使我国煤矿在防治瓦斯灾害方面应彻底转变观念，从采掘部署上把瓦斯抽取纳入正规生产的工艺流程，从时间和空问上给予充分保证，促进煤层瓦斯的开发和利用规模化与系统化。只有这样，我国煤矿瓦斯灾害才会得到有效控制，高瓦斯突出矿井才会随着治理瓦斯灾害费用的减低、生产效率的提高而获得新生，宝贵、清洁的能源才不会白白地被浪费掉。

二、低透高瓦斯煤层群开采的关键技术

瓦斯治理是淮南矿区安全高效开采的首要关键技术，瓦斯抽放效果的好坏主要与煤层的透气性及瓦斯富集区有关，影响煤层透气性的因素很多，煤层透气性与地应力的关系密切。为此，必须把瓦斯视为资源并作为主要采矿工程技术因素，采煤必须采瓦斯，变传统的瓦斯“抽放”为瓦斯“抽采”，走全面卸压开采抽采瓦斯的技术路线。以下就对低透高瓦斯煤层群开采的关键技术进行具体分析：

2.1瓦斯的合理利用

由于矿井中的瓦斯是客观存在的，尤其是在低透高瓦斯煤层群当中瓦斯灾害更加需要引起重视，所以要防止瓦斯爆炸事故的发生，主要目的就是通过抽放来减小煤体中赋存的瓦斯含量，即切断瓦斯涌出的源头或者减少瓦斯来源。而且对于低透高瓦斯煤层来说，瓦斯抽放的效果显得尤为重要，为了能够增加瓦斯的回收利用率，需要将传统抽放的方式改为全面卸压开采抽采瓦斯的方法。卸压开采抽采瓦斯的技术要点如下：

（1）低透高瓦斯煤层群保护层开采卸压抽采瓦斯。长期理论研究和突出危险煤层的开采实践证明，对于低透高瓦斯煤层群条件，开采保护层和预抽被保护区煤层瓦斯是有效防治煤与瓦斯突出和实现安全本质型生产的区域性措施，该方法可以避免长期与突出危险煤层处于短兵相接状态，提高了防治煤与瓦斯突出措施的安全性和可靠性。突出危险煤层透气性通常比较低，直接进行原始煤体抽采瓦斯消突，需钻孔布置密集、抽放时间长，且效果差。利用保护层开采形成的卸压作用，可极大地提高被保护煤层的透气性。根据保护层开采的具体情况，配合各种形式的卸压瓦斯抽采，能够抽出大量的卸压瓦斯，不但能消除被保护区域煤体的突出危险性，而且能够减小保护层和被保护层工作面回采的瓦斯涌出，保障回采过程的安全、高效。另外，抽出的大量高浓度瓦斯可以开发利用，如发电和民用，减少了大量温室气体的排放，不但促进了高效洁净能源的利用，而且保护了人类的生存环境。保护层开采后，岩体中形成自由空问，破坏了原岩应力平衡，岩体向采空区方向移动，发生顶板冒落与下沉和底板鼓起等现象。煤层与岩体发生卸压、膨胀，同时产生大小不同的裂缝，透气性增大，卸压瓦斯得以排放，瓦斯压力和含量下降，煤体变硬，进而达到消除煤层突出危险性的目的。传统保护层开采技术的核心是被保护层的卸压作用和卸压瓦斯通过开采形成层问裂隙的自然排放，目的是为了消除被保护层的煤与瓦斯突出危险陛。随着保护层开采技术的发展，其技术核心已经转化为被保护层的卸压作用和卸压瓦斯的强化抽采。这样既可以降低保护层工作面回采过程中的瓦斯涌出，实现保护层工作面的安全回采；又可以降低被保护层的瓦斯压力和含量，变高瓦斯突出危险煤层为低瓦斯无突出危险煤层，实现被保护层煤和瓦斯资源的安全高效开采。

通过工作实践表明，直接位于煤层以下底板岩层的破坏主要与开采空间周围支承压力大小和分布、支承边界条件及项板悬露面积的大小等因素有关。在沿工作面推进方向，煤层顶、底板岩层将出现压缩、膨胀、再压缩的过程。在煤壁前方附近，煤层项、底板处于支承压力作用下而被压缩，工作面推过后，应力得到释放，底板处于膨胀状态，随着工作面的进一步推进，顶板岩层开始在采空区冒落，上覆岩层卸压；采空区内冒落矸石对膨胀底板又起着压实作用，并且随顶板冒落或顶板活动的结束施加给底板的压实荷载也越来越大，直至恢复或接近恢复到原岩应力状态。

（2）低透高瓦斯煤层群保护层开采卸压范围。保护层开采卸压范围是影响矿井安全生产的重要因素，距离保护层的距离越近，膨胀变形的程度越大，此时可以进行充分卸压并且能够获得理想的保护效果。通过岩体力学的主要参数以及煤矿开采的数据资料模拟开采空间顶板冒落以及裂隙发育的特征，根据岩层移动理论以及数据分析的方式确定出裂隙区域的具体方位。通常可以按照沿走向顶、底板应力分布的规律以及沿倾向顶、底板岩体应力分布的规律。其中沿走向顶、底板应力分布的规律是指低透高瓦斯煤层群上保护层开采时需要沿着煤层走向的卸压范围向深度方向收敛，而下保护层的开采则需要沿着煤层走向的卸压范围向高度方向发散，并且确保岩体应力状态呈左右对称的形态；沿倾向顶、底板岩体应力分布的规律主要是指在开采低透高瓦斯煤层群上保护层以及下保护层时，倾向卸压方向的应力分布呈不对称状态。开采上保护层是沿煤层倾向的卸压范围向深度方向收敛，且下山侧的倾向卸压角大于上山侧的倾向卸压角；开采下保护层是需要沿着煤层倾向的卸压范围向高度方向发散，且下山侧的倾向卸压角小于上山侧的倾向卸压角。

2.2严格执行低透高瓦斯煤层群的瓦斯监控以及管理

保持低透高瓦斯煤层群矿井巷道良好的通风效果，也可以有效地避免瓦斯爆炸的发生。加强通风的有效措施包括：合理的选择通风系统，并对低透高瓦斯煤层群巷道内的通风情况进行科学规划，确保每一个工作区域都有足够风量，最大限度的降低瓦斯浓度。虽然低透高瓦斯煤层群瓦斯的抽采以及通风设施都已经准备到位，但由于管理者疏于管理对瓦斯监控制度执行不严，也容易导致瓦斯事故的产生。这就要求管理者必须严格落实煤矿企业安全生产的主体责任，完善瓦斯监测监控系统，加大对现场的安全监管力度，进一步健全“通风可靠、抽采达标、监控有效、管理到位”的煤矿瓦斯综合防治工作体系。

结束语

综述，本文针对低透高瓦斯煤层群的地质特点，重点分析了卸压开采技术，该方法能够增加煤层的透气性，并且通过卸压可以是瓦斯大量聚集在岩体的裂隙区，这样一来就可以进行集中抽采以提高治理瓦斯效果以及煤矿开采的安全性。

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