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1、浅谈煤矿瓦斯治理与煤层气开发 摘 要：煤层气开发是瓦斯治理的有效手段之一。文章分析了中国煤层气开发的特殊性，并在此基础上，提出了瓦斯治理的有效技术措施。介绍了高瓦斯煤矿瓦斯治理的基本方略煤与瓦斯安全高效共采，实现了人类在瓦斯灾害治理过程中的由被动到主动的角色转换。关键词：瓦斯治理；煤层气；抽放瓦斯灾害是煤矿井工矿的主要灾害，今年来，经过治理，瓦斯灾害得到了有效控制，但形势依然严峻，其仍然是煤矿安全生产的大敌。治理瓦斯灾害，防范瓦斯事故，始终是煤矿安全和全国安全生产工作的重中之重。依靠传统的加大通风量、优化巷道布置体系的方法，不能从根本上解决瓦斯灾害问题。怎样才能够经济有效的治理瓦斯灾害，成为煤
2、矿工作者的一个重要课题。1 瓦斯治理思路在不断地生产实践和瓦斯灾害治理过程中，人们逐渐改变了把瓦斯作为煤与瓦斯突出、瓦斯爆炸等灾害的根源的传统观念，而把瓦斯作为一种资源来进行开发，即对瓦斯实施抽放。这种思路既能解决瓦斯灾害问题，也能实现瓦斯作为一种资源的价值。因而国内外都有这种趋向性，都进行了很多实践，取得很多宝贵的经验。瓦斯抽放是一种即能解决瓦斯灾害问题，有能实现瓦斯利用价值的有效措施。瓦斯抽放一般有地面抽放和井下抽放两种方式。瓦斯抽放有以下四个方面的作用：（1）降低煤层瓦斯含量，从而降低开采过程中瓦斯涌出量，进而为生产提供一个很好的安全环境；（2）通过瓦斯抽放能够降低煤层的瓦斯压力，从而降
3、低煤层瓦斯突出的危险性；（3）瓦斯是一种重要的能源资源，具有商业利用价值；（4）可降低矿井瓦斯排放量，减少对大气环境的污染，具有绿色开采的作用。针对我国高瓦斯矿区煤系地层多为煤层群的条件和煤层的低透气性特征，结合我国煤矿长期治理瓦斯的成功经验，程远平、俞启香等提出了高瓦斯煤层群煤与瓦斯安全高效共采的概念，在煤层群开采条件下首先开采瓦斯含量低、无突出危险的首采煤层，利用其采动影响使处在其上部和下部的煤层卸压煤层透气性成百倍地增加，从而形成高效的瓦斯抽采条件；同时进行的卸压瓦斯高效抽采既解决了由卸压煤层向首采煤层涌出瓦斯问题，保障首采煤层实现安全高效开采，又大幅度地降低了却压煤层的瓦斯含量，消除了
4、煤与瓦斯突出危险性，为在卸压煤层内实施快速掘进与高效采煤方法提供了安全保障，从而实现了瓦斯与煤炭两种资源的安全高效共采。并运用高瓦斯煤层群煤与瓦斯安全高效共采思想在淮南潘一矿成功进行了煤与瓦斯安全高效共采及远程瓦斯抽采试验研究工作。由于瓦斯灾害治理的紧迫性，安全高效共采理念的优越性，“加强煤矿瓦斯综合治理,加快煤层气开发利用”，便成了煤矿工作者的共识，被列入了国民经济和社会发展“十一五”规划。2中国煤层气开发的特殊性由于我国煤矿含瓦斯煤的特性、顶底板条件、构造断层等条件的限制影响，我国大部分高瓦斯矿区煤层具有低透气性、可压密性和易流变性的“三性”特征。随着煤炭不断的开采，我国煤矿开采深度逐年增
5、加，增加梯度约为l0m/a。据1997年统计，我国国有重点煤矿现有开采深度超过600m的生产矿井有121处，最终采深超过600m的有303处，占5059%，其中最终采深超过1000m的有47处3。发展趋势为中深矿井数目明显增加，深矿井数目将成倍增加；高瓦斯和煤与瓦斯突出的矿井也将逐渐增多；而随着埋藏深度的增加，煤(岩)层的气体渗滤性能将要变差，煤层的透气性也较差。由于我国瓦斯煤层的低透气性，地面钻井抽采和煤矿井下原始煤体瓦斯抽放都比较困难，为了提高瓦斯的抽放效果，必须促进煤层裂隙发育，以增加煤（岩）层的透气性。研究表明，影响煤层透气性的因素主要有地应力、瓦斯压力、煤体对瓦斯的吸附性、煤体结构(
6、主要是煤体中原生及次生裂隙的发育程度)以及煤体的力学性质等。3 瓦斯治理与利用措施由于我国瓦斯煤层的低透气性，因而在煤与瓦斯安全高效共采的过程中，为了提高瓦斯抽放效果，必须增加煤层的透气性。增加透气性的方式有以下两种：（1）煤层未开采前，通过开采保护层，降低煤层地应力，从而实现含瓦斯煤层的“卸压增透增流”的作用，即“保护层开采+瓦斯抽放”方式；（2）煤层开采过程中，通过改变煤体结构，促进煤体内的裂隙的发育，为瓦斯释放提供良好的通道，主要方式有水力压裂、水力割缝等水力化措施及预裂爆破等，这种方式虽然取得了一定效果，但由于工艺技术复杂，需要专用设备等等原因，未能推广使用。3.1开采保护层卸压增透抽
7、采瓦斯技术由于覆岩采动裂隙“O”形圈的存在，低透性松软高瓦斯煤层群保护层开采过程中，顶底板岩层冒落、移动，产生裂隙，开采煤层和邻近卸压煤层内的瓦斯将大量卸压、解吸，卸压瓦斯沿裂隙通道汇集到环形裂隙圈内，形成瓦斯积存库。因而，如何确定环形裂隙圈的位置便成为高效抽采瓦斯的关键，环行裂隙圈抽放钻孔布置示意图见图1。图1 环行裂隙圈抽放钻孔布置示意图3.2地面钻井抽采采动区、采空区瓦斯技术鉴于我国大多数矿区为低透气性矿区，地面钻井进行原始煤体以及压裂煤体抽采效果不好。因而必须辅助增透措施进行抽采。地面钻井瓦斯抽放具有以下优势：（1）技术、方法得当，可实现较好的抽采效果，大大减少本煤层与邻近煤层的瓦斯涌
8、出量，削弱煤层的突出危险性，为高瓦斯煤层的安全开采提供重要保障；（2）由于地面钻井瓦斯抽放是地面施工，不影响采煤工作面的推进，缓解了采掘接续紧张的局面；（3）经济效果好。利用顶、底板瓦斯抽放巷进行抽放工程量大，费用高，而且制约工作面的正常推进。今后，回采工作面长度将大幅度增加，瓦斯综合治理巷道长度也将大幅度增加，由于煤巷与岩巷的掘进速度相差较大，造成了回采工作面贯通后瓦斯综合治理工程却未能完成一半的被动滞后局面，严重制约了生产进度与经济效益。对此，在复杂煤层条件下进行了地面钻井采动区、采空区瓦斯抽采试验，同时进行井下瓦斯抽采，实现煤与瓦斯安全共采，可为松软、低透气性复杂条件煤层的抽采提供借鉴。
9、3.3综合瓦斯抽放技术随着机采、综采和综放采煤技术的发展与应用，采区巷道布置的改变，开采强度日益增加，瓦斯涌出量也日益增加，为了应对瓦斯事故，保障生产安全，有时必须采取综合的瓦斯抽放技术。有条件进行保护层开采的，应进行被保护层卸压瓦斯抽放，以减少邻近煤层的卸压瓦斯涌出量，同时也减少了被保护层的瓦斯突出危险性。同时，对于开采煤层，在工艺和方式方面，应采取钻孔抽放与巷道抽放相结合、井下抽放与地面抽放相结合、常规抽放与强化抽放相结合、垂直钻孔抽放与水平长钻孔抽放相结合的技术措施。综合瓦斯抽放一个最大的优点是能够充分利用时间与空间，实现一种立体式的抽放，能够最大限度的增加瓦斯抽放量、提高瓦斯抽放率。以
10、后瓦斯的抽放方法将朝着立体化、多元化、经济化的方向发展。另外，目前，有一种具有可控制的、能够定向的钻头的钻机，钻杆靠万向节连接，任意弯曲各种角度，可在开采煤层中向上打各种角度的顶板弧形钻孔，对避免回采形成的塌落角切孔现象和煤柱形成的抽放瓦斯“死角”都十分有利，并具有钻进速度快、成本低、抽放量大、经济效益高等优点，是抽放瓦斯方法的发展目标。4 煤层气开发实践晋城矿区煤层裂隙发育、渗透性好、可抽采性好，晋城煤业集团公司引进美国技术，先后建成了210口煤气井，地面抽放能力达到年产1.8亿m3，初步形成了商品化的产销用体系。靖远、铁法、松藻等煤炭企业瓦斯抽放率达到45%；一些煤矿如抚顺老虎台矿达到83
11、%，阳泉五矿大井达到81%，创造和积累了经验。淮南矿区煤层属复杂特困煤层，煤层松软、透气性低，1997年以后,随着瓦斯抽采方法的变革与创新,瓦斯抽采量增幅较大，2005年达到了年产1.5亿m3，矿井瓦斯抽采率达43%，初步实现了煤与瓦斯共采。但是由于种种因素影响和制约，我国煤矿瓦斯抽放利用工作总体上进展迟缓。目前我国煤矿瓦斯年实际抽放量仅约23亿m3，不到实际涌出量的15%。小煤矿普遍没有瓦斯抽放系统，基本依靠井下通风排放，国有重点煤矿280处高瓦斯、高突矿井中，仍有25处没有建立抽放系统；已经建立抽放系统的255处矿井，由于巷道、钻孔等工程不配套，管理和维护跟不上，有42处矿井抽放率低于20
12、%，14处矿井低于10%。即使一些工作较好的煤炭企业，其抽放利用也仍然处在较低的水平上，尚未从根本上控制瓦斯灾害。从全国来看，抽放技术和工艺比较落后，一些重大技术难题尚未解决，新开发矿区和新建矿井的瓦斯预抽放尚未真正起步，抽出的瓦斯利用率过低。5结论（1）人们在不断地与瓦斯灾害抗争过程中，不断总结经验，终于获得瓦斯治理的法宝，那就是改变传统观念，转变把瓦斯作为灾害根源的看法，而作为一种资源去开发，形成了一种“煤与瓦斯安全高效共采”的理念。（2）在分析我国煤层气开发特殊性的基础上，提出了高瓦斯煤矿瓦斯治理的三个导向性技术措施：具有保护层开采条件的，实施“保护层开采+瓦斯抽放”的方案；有条件的，对
13、采动区、采空区实施地面瓦斯抽放技术；发展“立体化、多元化、经济化”瓦斯抽放方式。（3）煤层气开发在我国取得了一定进展，但是由于种种因素影响和制约，我国煤矿瓦斯抽放利用工作总体上进展迟缓。从全国来看，抽放技术和工艺比较落后，一些重大技术难题尚未解决，新开发矿区和新建矿井的瓦斯预抽放尚未真正起步，抽出的瓦斯利用率过低。参考文献1叶建平，史宝生中国煤储层渗透性及其主要影响因素J煤炭学报，1999，24（2）：118-1222许江，尹志光，鲜学福，唐建新煤与瓦斯突出在危险区预测的研究M重庆：重庆大学出版社，20043袁亮淮南矿区煤矿煤层气抽采技术J中国煤层气，2006，3（1）：6-94周德永,甘林堂.淮南矿区瓦斯区域性治理保护层开采的成果与展望J矿业安全与环保，2005，32（2）：37-39
