煤矿瓦斯防治与利用及煤炭排放关键问题研究

煤矿瓦斯防治与利用及煤炭排放关键问题研究

王建

瓦斯灾害监控与应急技术国家重点实验室 重庆  400037 中煤科工集团重庆研究院有限公司 重庆  400037

摘要：瓦斯爆炸是煤矿开采过程当中的主要危险因素，不仅会造成严重的经济损失，也会造成人员伤亡，后果无法估量。做好安全控制、提高环保水平、保护生态效益、对资源进行重复利用，是目前煤矿开采的主要任务。基于此，本文主要分析煤矿瓦斯防治的必要性手段，以及碳排放关键问题，从而提高生态环保效益，对煤炭瓦斯共同进行利用，拓展碳排放管理路径，节约资源，改善生态环保水平。

关键词：煤矿开采；瓦斯防治；煤炭开采；碳排放

引言：相对于俄罗斯、澳大利亚等国家高质量的煤炭资源，我国在煤矿开采方面虽然数量较多，但开采的难度较大。经过近40年的开采，煤矿的深度不断加深，开采难度进一步提高，虽然技术的升级带来了开采效率的提高，但瓦斯爆炸仍然是危害开采安全的主要问题。我国目前瓦斯爆炸的预警系统仍不完善，对相关检测的能力水平仍然比较低，迫切需要改进。

一、煤矿瓦斯防治的不足以及利用手段

瓦斯爆炸带来严重后果，造成开采人员丧生，危害开采的安全性，也带来明显的经济损失。国际上对于瓦斯爆炸进行防治，主要是通过建立预警的手段，但是我国的预警系统仍然不完善，技术水平比较低，孔隙发生巨大变化的情况之下，才能够检测相应的数据，留给工作人员的反应时间比较短。还有一些煤矿工程没有建立良好的瓦斯通风体系，也造成把斯爆炸的隐患。

在未来发展的过程当中要，应（1）推动煤炭和瓦斯的共同利用，密切关注煤炭开采和瓦斯泄漏的关系，实现双向共赢，建立统一的资源库，应用目前的先进探测技术手段，对瓦斯的不稳定性振动问题进行实时监测。（2）观察煤矿构造出现的明显变化，在开采的过程当中确保安全有效。始终将人员的安全放在首位，最大程度的将瓦斯转为有效的资源，实现瓦斯煤矿统一开采、统一利用。（3）关注瓦斯涌出现象，利用传感器技术判断煤层的多孔介质形式，分析其中游离和吸附两种状态的瓦斯含量。控制好瓦斯压力，减少游离瓦斯的含量，了解煤矿带状分布的层级，有规律的对瓦斯的释放状态进行数据分析。（4）通过打钻、封孔、测压等手段，测定煤矿当中瓦斯含量的基本参数。预测瓦斯压力梯度、甲烷带内深度、甲烷风化带深度等相关数据，关注瓦斯在煤矿当中的静止状态、层流状态和絮流状态。

二、管理煤矿开采当中的碳排放关键问题

（一）碳排放超标的危害

首先，碳排放量过多是造成全球气候变暖的主要原因，现代工业生产、人民生活都会造成不同程度的碳排放问题，但煤矿开采当中的碳排放，是工业生产当中碳排放的主要形式。例如煤矿开采当中释放的甲烷，在全球甲烷排放当中占比超过5%。且甲烷排放的过程当中，伴随着多种温室气体，如典型的二氧化碳、二氧化氮等等。这些气体的大量排放不仅会引起温室效应，也会影响煤矿开采的安全，超过一定浓度范围就会造成煤矿开采自燃的现象。

其次，在煤矿开采的过程当中，甲烷释放量较大，尤其是在瓦斯涌出的地区，甲烷的排出量超过正常地区的30%，在开采的过程当中，甲烷会不断转换成二氧化碳，形成一个温室效应带，如果开采过程当中二氧化碳分子产生过多，就会造成全球碳排放量增大的现象，严重加剧海平面的上升，以及全球气候的变暖。在能源活动当中，煤矿是甲烷排放最主要的因素，也是我国碳排放量的主要原因之一。

最后，在煤矿开采过程当中，结合瓦斯防治和碳排放量指标控制，不仅可以提供有效的依据和手段，还可以建立良好的数字统计模型，通过常用的模糊估计算法、灰色估计算法，对煤炭开采过程当中的碳排放量进行全面的评估，选择合适的因子测定瓦斯涌出量，从而提高等级鉴定的科学性，将一天当中煤矿开采瓦斯涌出的总量，作为评定该煤矿瓦斯等级的重要指标，不仅可以提高开采的安全性，还可以进一步控制碳排放，从而缓解温室效应和全球海平面上升。

（三）控制碳排放的有效手段

1.绿色煤炭开采技术

绿色开采技术是减少碳排放量的一种有效手段，相对于传统的煤炭开采体系来说，不仅适应当前的全球绿色发展主题，也可以促进煤矿资源的优化利用，减少对环境资源的破坏。首先，绿色开采技术主要是通过绿色的材料、绿色的工艺来进行煤炭的开采，并且开采后的煤炭资源主要使用在绿色发展方面，这是一种全生命周期的开采方式，充分体现了煤炭开采技术的升级。其次，绿色煤炭开采技术适应当前环境保护的主题，在未来随着能源领域的技术不断升级，在煤矿开采的过程当中可以减少矶石的形成，避免对环境造成过大的破坏。最后，煤矿绿色开采技术还可以充分利用充填开采，减少对地表的变形作用，从而降低煤矿开采所造成的碳排放。例如利用矶石充填开采技术、刮板输送机充填技术、水砂充填开采技术等等，都可以实现降低碳排放的技术目标。

2.保水开采技术

保水开采技术也是目前煤矿开采当中的一种主要形式，可以有效保护煤矿开采过程当中的水资源浪费，从而提高环境保护的效能，在碳排放量控制过程方面也有显著的效果。（1）正确使用保水技术可以避免由于煤矿开采所造成的地表沉陷，避免瓦斯气体在地表沉陷的挤压过程当中，进一步的释放，从而将瓦斯气体封锁在地下层面，避免出现释放的问题。（2）保水开采技术还可以避免周围河流干涸导致的水源破，通过水面增多，来吸收煤矿开采所释放出来的瓦斯气体，降低排放到空气当中的甲烷、二氧化碳、二氧化氮等气体。（3）除此之外，这种保水开采技术还有利于地下水资源的保护，从而吸收更多土层当中的温室气体，减少瓦斯的排放，降低事故发生的概率，提高煤矿开采的安全性与科学性水平。

3.煤炭与瓦斯共采技术

第一，在开采之前要进行全面的瓦斯抽取，这一步主要是避免瓦斯爆炸，降低煤矿当中瓦斯的浓度，并且通过有效的传感器指标，测算煤矿当中瓦斯含量。技术性的抽取可以判断处煤层当中瓦斯的浓度，从而降低瓦斯的不合理密度，改善媒体的透气性，提高瓦斯抽取的有效性。

第二，采取煤和瓦斯共同开采的方法，将大量瓦斯在煤矿采空区进行有效地释放，这种方式可以在开采之后，控制围岩层压力变化数值，进一步提高煤炭开采的安全性水平。同时相对于瓦斯事前抽取的方式，可确保媒体的透气性水平，降低开采的难度，在开采后对瓦斯进行收集，降低收集难度。

第三，可采取废弃矿井抽取方法，基于岩石之间的裂隙，利用周边的废弃矿井充满惰性气体，利用压气的变化数值将岩体内裂隙场的瓦斯气体充分吸取出来。为了提高吸取的效率和水平，还可以全面探测缝隙内瓦斯的分布情况，有效钻孔，将排出管放置在合理的地区，提高封闭井口瓦斯开采的有效性。

4.煤炭地下气化技术升级

传统的煤炭地下气化技术会释放出大量的二氧化碳，在可燃气体产生的过程当中，辅助孔排气孔对于二氧化碳的释放作用较差，氧化区保留的二氧化碳较多。在煤炭气化技术升级的过程当中，可以通过气化炉结构的调整，利用水封除尘器煤粉和氧气充分氧化的作用，在灰分仓当中，对于二氧化碳气体进行有效的转换，从而降低二氧化碳排放的浓度。在未来应用全面的经济指标，对于煤炭地下气化的生态效益和技术效益进行全面的评定，从而减少煤炭开采造成的地表塌陷，进一步提高环境保护控制水平。

结论：综上所述，煤炭与瓦斯的共同利用已经成为绿色煤矿发展的主要形式，因而我们要创造良好的技术环境，结合大数据技术以及机械自动化技术，优化开采手段，提高安全环保水平。

参考文献：

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