典型开采条件下煤与瓦斯共采实践探讨

朱俊鹏

摘 要：瓦斯为煤炭生产的伴生气，如果处理不好可能会引发安全事故，但该气体又是清洁的能源，直接排放会对空气造成污染。煤炭和瓦斯共采的方法可以有效解决该问题，在进行煤炭开采时，可以把煤层当中的瓦斯进行开发，对于减小安全事故概率、解决能源紧缺问题和保护生态环境有着重要意义。

关键词：煤炭开采;瓦斯抽采;煤与瓦斯共采

煤炭对我国经济增长有着很大的贡献，随着太阳能、风能等新能源的开发，煤炭占能源总消费的比例下降到了62%，但煤炭仍是我国重要的能源。我国经济正处于转型时期，煤炭为主的能源结构调整面临着战略机遇，煤和伴生能源开发和利用十分紧迫。国内的煤炭资源约有48%的高瓦斯煤 层，瓦斯总储量为31万亿方，很多煤层透气性并不好，瓦斯抽采难度较高，煤矿安全生产受到较大的威胁。

1 我国煤与瓦斯共采理论研究进展

周世宁等学者研究发现，煤矿瓦斯和8项基本的地质因素有着直接的关系，形成了煤粒及裂隙构成等观念。提出了煤层瓦斯应力场概念，建立起煤层瓦斯赋存和流动理论，从根源上对瓦斯来源和赋存条件进行了说明，可以为瓦斯的生成、运移及赋丰，还有生成的瓦斯灾害及资源开发评估创造了良好的基础。把Darcy定律作为研究的前提，从而对煤层强吸附作用的瓦斯建立起微分方程，把瓦斯流动相关理论提升到新的阶段，从而对煤层瓦斯抽采和事故防治，裂隙、温度场等耦合方面进行了研究。

2 煤炭与瓦斯共采技术方法

煤炭和瓦斯共采主要有巷道法、地面钻井法和留巷钻孔法三个主要类型。

2.1 巷道法煤与瓦斯共采

是由煤层赋存的实际情况，在合理的煤层位置设置专用的瓦斯抽采巷道，并在巷道内进行穿层钻孔，在进行上下煤层共采的前提下，对上下煤层的瓦斯进行抽取，从而达到煤炭与瓦斯共采的目的。此开采技术可以避免邻层卸压瓦斯进入到首采层，也可以对邻近层瓦斯实现有效的抽取，把邻近层强突出或突出状态转变为非突出状态，巷道在进行回采时可以用作运输、回等，该种共采方法按着抽采时间可以划分为采中卸压抽采和采前预抽两种。

2.2 留巷钻孔法无煤柱煤炭与瓦斯共采

回采工作面采用Y型通风办法，利用混凝土来作为充填墙体来对采空区进行有效的支撑，从而形成了留巷。在留巷中向上下进行穿层钻孔，把采空区裂隙带内部及领近层的瓦斯进行卸压。该种煤炭和瓦斯共采的办法保证工作面处在进风流内，不会存在上隅角，工作面中的瓦斯不会大于规定的上限。因为工作面在进风流条件下，工作面温度会比U型通风减小2-5度，可以进行深度开采。

2.3 地面钻井法煤炭与瓦斯共采

该种技术是在地面向井下采用多种形式的钻井，从而把煤层中的瓦斯抽取出来，该办法依据抽采煤层采动情况可以分为两种，一种是采用地面钻井对初始煤层的瓦斯进行预抽，地面上采用的钻井方法有竖井、L型井及鱼刺状水平分支井等，主要用于地质构造较好，煤层硬度大，渗透性能较好的采煤区块。另一种是在工作面回采以前，在地面上布置钻井，当工作面回采之后，在卸压空间内，采用钻井来对上下卸压煤层的瓦斯或抽采层采空区域内的瓦斯进行抽取，多用于低透气性的煤层开采，也可以用于对本煤层采空瓦斯的抽取。

3 典型开采条件煤与瓦斯共采实践

3.1 松软低透煤层群煤与瓦斯的共采

国内的高瓦斯低透气性煤田多为瓦斯事故的重灾区，为了避免再次出现血的教训，提出采用煤层群卸压瓦斯抽采煤炭与瓦斯共采新技术，建立了保护层卸压井上下立体抽采煤层瓦斯技术体系，具体见图1。利用卸压开采煤与瓦斯共采，沿空留巷Y型通风无煤柱共采、地下矿井共同瓦斯抽采等多种技术，抽采庇从原来的5%上升到70%，有效地避免了瓦斯爆炸安全入，煤炭的回收率从原来的60%提升到70%。

3.2 高瓦斯原生结构煤层与瓦斯共采

高透气性高瓦斯原生结构煤层有着很高的渗透率，具有硬煤层原生结构煤发育特点，可以把煤矿区分成为煤炭生产区、规划区及开拓准备区，在规划区中采用地面钻井抽采煤层瓦斯的方式，开采时间大多为3-5年，在开拓准备区中，可以在准备巷道内安排千米钻井，形成顺层长钻孔来对煤层中的瓦斯进行抽采，也可进行施工穿层钻孔来对煤层群瓦斯进行抽采。在生产区中可以采用穿层孔、顺层孔来对卸压瓦斯进行抽取，再应用地面外、高抽巷及高位钻孔等技术实现对采空区瓦斯的抽取，从而建立起矿井上下三区联动抽采方式，可以进行煤炭与瓦斯协调开发。

3.3 山区松软低渗突出煤层的煤与瓦斯共采

山区松软低渗突出煤层并不具备安排地面井来预抽的条件，把煤矿开采区域划分为回采区、开拓区及准备区，三个不同的区域是保持独立的，又可以进行相互配合，从而建立起配套的系统。开拓区可以提前对瓦斯进行抽取，安排在煤炭开采之前进行，保护层的开采应该提前被保护支的开发利用，采用该种开采方式，该类煤层的瓦斯抽采率、利用率得以有效提升。

4 煤与瓦斯共采面临的问题及挑战

4.1 深层煤与瓦斯共采矛盾比较突出

随着我国经济的持续发展，对煤炭资源需求也比较旺盛，国内的煤炭资源的开采以每年10-25m的速度不断向深层延伸。煤层瓦斯含量比较高，渗透性能较低，对瓦斯进行抽采存在着较大的困难，煤炭資源的开采受到瓦斯威胁。由于煤层开采深度的不断提升，会导到煤层瓦斯含量和压力都变大，透气性会减弱，深层开采瓦斯存在着较大的难度。在深层高瓦斯含量、较高的地层压力及温度、高渗透压力及低渗透性等状况下，煤炭及瓦斯开采产生的扰动会更加严重，会引起冲击地压等灾害事故，煤炭与瓦斯共采变得更为困难。

4.2 煤与瓦斯共采理论落后于工程实践

虽然国内的煤与瓦斯共采取得了较大的成绩，可是煤岩层中的瓦斯场、应力场及裂隙场等多场耦合条件下，呈现出富含瓦斯煤达西流的复杂特性，煤与瓦斯共采机理还没有进行深入的分析和研究，共采技术较多的停在经验层面，从而引起煤与瓦斯共采缺少科学性，瓦斯的抽采和煤炭资源开发无法实现同步。

4.3 关键技术和装备还没有完全突破

由于瓦斯抽采需要的钻孔量比较在，需要较大的资金投入，抽采需要较长的周期，钻孔及增透等技术装备并不具备较强的地质适应性。由于煤炭开采技术的不断发展，当前的采煤机械设备进行大空间推进会对煤炭体产生较大的扰动，会加大煤层瓦斯流动及涌出，特别是煤炭精准开采设想的提出，将来的煤炭智能化开采已经变成可能，当前的技术装备还无法达到煤层瓦斯精准抽采的要求。

5 结束语

综上所述，煤与瓦斯共采可以有效地避免出现安全事故，是改变现有能源结构，实现可持续发展的必经之路，这需要对开采理论进行创新，并使开采技术不断进步。国内的煤炭和瓦斯开发规模不断增长，生态环境和安全问题比较突出，但还处于初步探索时期，深层高瓦斯、高渗透压力等条件下进行煤炭与瓦斯共采会迎接新的挑战。应该走绿色煤炭开采道路，进行理论和技术方面的研究，加强对采煤装备的开发，建立起煤炭与瓦斯共采技术体系，打造示范煤炭与瓦斯共采工程，把成功的经验推广到国内其他煤矿生产区，提升煤炭与瓦斯共采能力，从而真正地实现煤与瓦斯资源的共采。

参考文献：

[1]袁亮.我国深部煤与瓦斯共采战略思考[J].煤炭学报，2016， 41（01）：1-6.

[2]谢和平，周宏伟，薛东杰，高峰.我国煤与瓦斯共采：理论、技术与工程[J].煤炭学报，2014，39（08）：1391-1397.