瓦斯地质对煤矿工作的影响及对策

周晓婷

(山西平舒煤业有限公司，山西 阳泉 045000)

0 引言

瓦斯地质是煤在地质历史演化过程中形成的气体地质体，较普通煤矿地质而言，瓦斯地质的瓦斯含量、浓度高出许多，煤矿的开采工作也因此受到影响。与此同时，瓦斯具有较高的经济价值，这意味着瓦斯地质的影响是兼具利弊的。目前针对瓦斯地质的研究已经较为深入，分析煤矿瓦斯地质的形成原因、对工作的影响以及应对措施等内容，有助于进一步了解相关理论，指导后续实际工作。

1 瓦斯地质的形成原因

1.1 煤矿煤体特质

煤矿的煤体特质是指在煤炭生成过程中各类阶段的特点，这些特点十分明显的影响着瓦斯地质的形成。在褐煤阶段，煤体刚刚形成，内部以及外表均带有大量孔隙，瓦斯在这一阶段可以大量附着于煤体表面、内部，瓦斯地质也在这一时期初步形成。随着煤体进一步变化，内部渐渐致密，提供给瓦斯的附着空间降低，部分原本附着于煤体表面的瓦斯开始游离于煤矿中。到无烟煤阶段，煤体的内部出现了更多小孔隙，重新为瓦斯提供了附着空间，瓦斯地质在这一时期基本稳定。

1.2 煤矿地质结构

煤矿地质结构主要指煤矿周边地区、地表的概况，如果煤矿周边存在山体裂缝、地表土壤疏松，瓦斯在形成后、游离的过程中可能被大量排出矿外，只有少数附着于煤体表面，这种地质结构一般难以形成瓦斯地质。如果煤矿周边地质结构以岩石为主、结构致密，不利于瓦斯排出，就可能形成瓦斯地质。现有资料表明，压性断层的煤矿地质结构能够起到储存以及密封煤层瓦斯的作用，因此从地质角度来讲，压性断层地带的煤矿极有可能形成瓦斯地质。压性断层地质如图1所示。

图1 压性断层地质

1.3 煤层自然条件

煤层自然条件对瓦斯地质的形成也存在明显影响，包括煤层周边地壳活动频率、水含量等。如果煤层周边地壳活动频繁，可能导致岩体和煤层之间出现相互挤压，这种挤压使相当一部分瓦斯被释放、窜出，煤层形成瓦斯地质的可能性就较小。反之，如果煤层周边地壳活动较少，瓦斯也会长期附着于煤体上、游离于煤矿中，有较大可能形成瓦斯地质。水含量方面，如果煤层中水分较多，会挤占煤矿空间以及煤体孔隙，瓦斯难溶于水，会被挤出，因此含水量较多的煤矿一般不会形成瓦斯地质，含水量较低的煤矿则可能形成瓦斯地质[1-2]。

2 瓦斯地质对煤矿工作的影响

2.1 增大开采难度和工作危险性

瓦斯地质意味着大量煤矿中存在大量瓦斯，而煤矿中煤炭资源的不规则分布则导致很难在开采活动开始前完全排出瓦斯。20世纪之前，煤矿工作者以及管理人员对瓦斯地质的认识不够清晰和深入，曾出现过大量的瓦斯泄露、爆炸事故。当空气中瓦斯的浓度在5.5%～16%，且有明火的情况下，就会出现爆炸，仅美国德克萨斯州1819年出现的瓦斯事故就达到33起。20世纪以来，矿方以及研究人员逐步认识到瓦斯地质、瓦斯爆炸的危害，相关工作也开始变得更具针对性。总体来看，瓦斯地质会导致开采难度和工作危险的增加，这也是当前以及未来煤矿工作面临的主要问题之一。

2.2 提升煤矿的综合利用价值

瓦斯是一种混合气体，其主要成分为烷烃。其中甲烷占绝大多数，另有少量的乙烷、丙烷和丁烷，此外一般还含有硫化氢、二氧化碳、氮和水气以及微量的惰性气体，如氦和氩等，瓦斯所含气体以及各气体比例见表1。

表1 瓦斯的主要成分以及比例

由于瓦斯的主要成为烷烃，这意味着瓦斯的经济价值相对突出，瓦斯地质煤矿的可利用价值也更高[3-4]。目前的技术条件下，可以通过对瓦斯进行分解获取液化石油气与天然气、煤气等3类主要资源，均可以为家庭生活以及工业生产活动提供能源。

3 应对瓦斯地质影响的主要措施

青海某机构进行地质勘察，寻找煤矿，针对上述问题，制定了根据地形特点辨识瓦斯地质等措施，并在发现瓦斯地质煤矿后，应用探测仪器、进行实时瓦斯检测保证了煤矿工作安全。

3.1 根据地形特点辨识瓦斯地质

在勘察过程中，研究人员首先应用找矿基本原则寻找煤矿，在青海某地发现一处中型煤矿，根据碳同位素分析法进行判断，确定该煤矿形成至今超过5.1亿a。为了解煤矿是否属于瓦斯地质，研究人员结合地形地点进行了充分分析，首先应用设备进行勘察，了解煤矿水含量，从结果上看，当地水资源不足，煤矿地区水分含量较同纬度东、中部明显较少，仅为2.7%。之后进行地质分析，根据周边山体断层情况进行判断，发现煤矿所在地区地壳活动相对较少，这意味着瓦斯不会大量泄漏[5-7]。结合煤矿形成年份，研究人员初步断定该煤矿属于瓦斯地质，在进行生产作业时必须注意安全，同时安排进行煤、气的综采。

3.2 应用探测仪器保证工作安全

在采煤工作具体进行前，工作人员首先通过应用专业仪器进行瓦斯浓度探测，最初应用的仪器较为老旧，检测上限为1%，未能了解煤矿内瓦斯浓度，因此没有安排下井作业。其后购进了德制新型瓦斯探测仪，进行精确探测，获取了瓦斯浓度值为4.8%，经机械通风，初步将机械安装地点等少数空间内瓦斯浓度降低至0.1%左右。之后进行机械安置和煤矿基础设施建设。为求提升综采效率，矿方最初决定应用地面钻井开采联合井下瓦斯抽放系统的工作方式，受限于资金条件，改为地面钻井开采单一方式，在井上设备建设过程中，人员又在煤矿其他地点进行瓦斯探测，并记录瓦斯浓度等数值，用于后续工作。

3.3 进行实时瓦斯检测

井上设施建设完成后，煤、气综采工作正式启动，矿方首先进行瓦斯开采，在钻井开采的情况下，瓦斯开采工作有序进行，为保证开采安全性和效率，在煤矿附近严禁明火，同时不断应用探测仪进行浓度检测。在此前的探测过程中，矿方人员了解到煤矿资源分布带有一定的不均衡性，与地面距离也存在差异，部分地点的瓦斯探测无法进行，因此每完成一处瓦斯开采，即安排技术人员进行下一处探测，以此确保开采的有效性。瓦斯集中开采工作共持续2个月，之后进行煤炭开采。在采煤过程中，出于对工作人员生命安全的考虑，矿方依然实时进行瓦斯检测，了解采煤地点和周边地点的瓦斯浓度，确保了工作安全。

4 结语

通过分析煤矿瓦斯地质的规律，了解了相关理论内容。瓦斯地质对煤矿工作有明显影响，其成因规律不尽相同，结合现有资料，可以总结为3个方面，即煤矿煤体特质、煤矿地质结构以及煤层自然条件。瓦斯地质对煤矿工作的影响利弊共存，主要包括增加开采难度、工作危险以及提升煤矿的综合价值等方面。实例分析证明可以根据地形特点辨识瓦斯地质，并应用探测仪器保证工作安全。