煤矿瓦斯抽采技术研究

煤矿瓦斯抽采技术研究

赵永生  

西山煤电集团有限公司钻探分公司，山西省太原市西山矿务局西铭路，030053 

摘要：煤矿瓦斯事故是一种非常严重的灾害事故，中国煤矿安全开采面临的一重要问题就是如何防止煤矿瓦斯事故，对此，国内有关专家进行了不断探索和尝试，但是在矿井实际开采过程中，很多因素是不确定的，如瓦斯分布、储存和流动等因素。因此，防治矿井瓦斯事故的有效措施是瓦斯抽采，瓦斯抽采技术能够提高矿井开采的安全性，同时也能对工作人员的安全起到保障作用。

        关键词： 煤矿开采；瓦斯；抽采技术

1、煤矿瓦斯抽采的必要性

        1.1保障煤矿安全生产的需要

        瓦斯是一种无味、无色，难溶于水，可以燃烧或者爆炸，扩散性较高的一种以甲烷为主的有害气体，当其浓度达到一定程度时，有可能会使人窒息。近年来，在国家及相关部门的严格治理下，煤矿事故发生率明显下降，但是较重大型煤矿安全事故仍然时有发生，在给矿工的生命安全带来巨大威胁的同时，也给煤矿企业和国家的经济造成了巨大的损失。在众多煤矿安全事故中，瓦斯爆炸事故最突出、威胁最大。从相关事故统计资料来看，在死亡人数为10人以上的特大事故中，基本上有70%的事故原因是瓦斯爆炸。特别是当地质构造较复杂、煤层破坏严重、煤层瓦斯压力较高、地应力较大时，非常容易发生瓦斯事故。当矿井瓦斯与空气混合并达到某种浓度时，一旦遇火就有可能发生爆炸或者燃烧事故，尤其是瓦斯爆炸会产生以下致命因素:爆炸冲击波，爆炸火焰和有害、有毒气体，这样不仅会导致生产中断，矿井设施毁坏，严重的还会造成人员伤亡。所以，瓦斯抽采是煤矿安全生产和矿工生命安全的基础保障[1]。

        1.2防治煤矿瓦斯大气污染的需要

        煤矿瓦斯是从围岩和煤中逸出的由二氧化碳、氮和甲烷等组成的混合气体，而过多的甲烷和二氧化碳都会导致温室效应，污染大气环境。尤其是甲烷对环境的威胁更加严重，而且其浓度的提高还会减少平流层中的臭氧，同时，增加对流层的臭氧。此外，与二氧化碳相比，甲烷的温室效应大概是其20～60倍，如果不加以适当的治理与防治，将来甲烷排放量的70%会来自于低浓度的煤矿瓦斯。所以，从大气污染防治方面考虑，一定要做好煤矿瓦斯抽采工作[2]。

2、煤矿瓦斯抽采遇到的问题

        2.1复杂的地势

中国是个煤矿运含量大的国家，但是煤矿的分布主要分布地形复杂多变，给开采工作带来了很大的不便，就算是国外的新技术引进也无法适用于中国的复杂地势，面对复杂地势，人们不能很快了解地势内部煤层构造，也不能根据煤层构造推断出煤矿瓦斯的分布与含量，无法迅速掌握地势构造，就不能安全安心的开采并进行瓦斯的抽采。
        2.2煤层透气性差
        煤矿开采主要采取井下开采的形式，煤层的透气性很差，就算进行了煤矿瓦斯的抽采，安全隐患还是实时存在，威胁着操作人员的安全，也加大了井下作业的难度。井下开采时，一般先进行煤矿瓦斯抽采，但是煤炭瓦斯是分层存在的，进行完抽采后，新的煤矿瓦斯可能重新进入井下，煤层透气性差的原因，高浓度的煤矿瓦斯可能导致井下作业人员昏厥，甚至导致爆炸，无法正常进行开采工作。
        2.3井下开采危险系数高
        井下开采危险系数高，不仅仅因为煤层透气性差，也因为开采工作往往要持续很多年，很多公共设施出现的小问题甚至于开采工人的开采用具的磨损等，没有及时更换也会造成安全隐患，井下作业不止工作环境差，而且工作强度也大，对工人的体魄和精神上都是很严峻的考验，有些矿井甚至会出现煤与瓦斯突出的现象，造成人员伤亡，总之井下作业时时面临着危机的发生[3]。
3、瓦斯综合治理技术
        近年，随着中国煤矿安全生产水平逐步提高，瓦斯治理技术也越来越先进，已形成了多种多样的瓦斯抽采方法，这些抽采方法各有优缺点，具体适用范围也有所不同，但最终目的都是为有效治理矿井瓦斯气体，更好地保障矿井安全生产。在矿井瓦斯实际治理作业中，若只用一种瓦斯抽采方法，通常很难达到有效治理矿井瓦斯气体的目的，要想更全面、更彻底地治理矿井瓦斯气体，就必须重视综合应用各种瓦斯抽采方法来治理矿井瓦斯气体，只有让各种瓦斯抽采方法的应用优势得到充分发挥，才能各取所长，使最终的矿井瓦斯治理效果达到最佳，才能更好地保障矿井安全生产。此外，矿井还应及时按规定测定煤层瓦斯压力、瓦斯含量及其他与突出危险性相关的参数，建立矿井瓦斯基础资料数据库；并在采掘非突出煤层过程中收集煤层瓦斯压力、煤的破坏类型、瓦斯放散初速度和坚固性系数等“四项指标”资料，发现有一项指标超标或突出预测敏感性指标出现超标的，该煤层按突出煤层管理，并及时进行煤层突出危险性鉴定。有条件的煤矿企业要积极开展煤炭与瓦斯敏感指标及其临界值考察工作，建立科学合理、适合矿区 （井） 实际的突出预测预报指标体系。限期开展突出煤层鉴定，各有关地区要认真做好煤与瓦斯矿区非突出矿井的突出鉴定工作，要责成突出矿区内所有高瓦斯矿井和低瓦斯矿井测定煤层瓦斯压力、瓦斯含量等基础参数，开展煤与瓦斯突出危险性评估，特别要加强对在建、技改和停产整顿矿井的瓦斯等级鉴定管理工作，具备鉴定条件的必须及时组织鉴定。煤矿企业必须如实提供鉴定所需的具有法律效力、真实、可靠和完整的相关资料。鉴定单位要认真核查矿井和煤层地质、瓦斯基础资料；对小煤矿进行鉴定时，要到矿井所在市 （地） 级和县级煤炭行业管理部门和煤矿安全监管部门了解矿井历史情况，收集相关资料；应严格依据相关鉴定程序开展鉴定作业，做出科学的鉴定结果并对鉴定结果负责。凡被鉴定或评估为非突出矿井的，必须由省级煤炭行业管理部门组织专家对鉴定和评估情况进行论证，从严把关。各地区应切合实际，明确非突出矿井进行突出鉴定的完成时限，在规定时限内未完成突出鉴定的矿井，一律按煤与瓦斯突出矿井进行管理[4]。

4、煤矿采煤瓦斯抽采技术利用率提高措施
        4.1选择合适合理的抽采参数

这里主要指的是钻孔直径参数，对邻近层进行瓦斯抽采时，如果对钻孔间距进行控制，使其相比之前要小一些，钻孔直径在树枝上如果偏大，这样对于钻孔数量越多的煤面来讲，瓦斯抽采也就相对安全一些。在此抽采过程中，邻近层瓦斯抽采是在泄压带内完成的，钻孔的位置也是在泄压带边角附近，钻孔数量要和瓦斯抽采时间相适应，避免瓦斯抽采时间不充足。无论是邻近层还是上邻近层，都要保证冒落带等出现在抽采区域内，避免这些破坏了地质结构的裂隙对瓦斯抽放产生影响。另外还要考虑各钻孔周围是否完整，保证瓦斯抽采的过程中是按照一定速度和一定量进行的，一旦出现裂缝问题，瓦斯就会泄露，同一区域的瓦斯含量和浓度就不会受到控制。钻孔位置不止在同一个层面上，毕竟瓦斯的涌出量不能确定，一切要以抽采安全和抽放效率为主[5]。
        4.2对钻孔布置方式进行选择
        钻孔布置方式包括钻孔所在煤层，以及所在煤层的具体位置、钻孔数量、钻孔间距以及钻孔是否符合煤层抽采要求等。选择的钻孔布置方式是否符合钻孔要求，还要以瓦斯抽采时间是否充足为依据。不同位置钻孔形式也是不同的，比如在煤层底板处，就要选择穿层钻孔形式。在工作面顺槽和开切眼内选择顺层钻孔形式。在中厚煤层中，孔数和孔间距要和抽采时间成反比，在此煤层，抽采时间要求长。在顺层钻孔行驶中，钻孔的数量不能太少，钻孔间距和钻场间距是要受到控制的。在瓦斯抽采完毕，还要进行封孔，此时要对封孔质量进行控制，保证不会漏气，不会有新的瓦斯泄露。
5、结束语
        煤矿企业要想取得长期可持续发展，必须做好各项安全工作，特别是矿井瓦斯抽采工作，选用的抽采方法一定要正确，同时应特别重视矿井瓦斯综合抽采技术的应用，抽采一定要全面、彻底，只有这样才能更好地保障矿井安全生产，才能为国家创造更多经济效益。
        参考文献:
        [1]黄承根，胡福龙，章亚斌，何清海.复杂地质条件下瓦斯治理技术的探索[J].矿业安全与环保，2017.
        [2]练友红，邓涛，董钢锋.复杂地质条件近水平煤层石门揭煤瓦斯防治技术研究[J].矿业安全与环保，2017.
        [3]樊劭.煤层气(煤矿瓦斯)抽采技术发展现状及趋势[J].中国煤层气,2017,14(03):37-39.
        [4]张继周,王浩.矿井采空区瓦斯抽采技术的研究及应用[J].煤矿机械,2017,38(04):25-27.
        [5]孙荣军,李泉新,方俊,许超.采空区瓦斯抽采高位钻孔施工技术及发展趋势[J].煤炭科学技术,2017,45(01):94-99+213.

作者简介
姓名：赵永生出生年月：1986年4月6日 男  山西忻州  学历：2016年1月毕业于中国矿业大学，采矿工程，本科   电机车司机中级工，现在主要从事调度员岗位。