低透气性煤层工作面瓦斯治理与利用技术研究

摘 要：瓦斯治理，尤其是松软的低透气性煤层工作面的瓦斯治理一直是全世界范围内存在的难题，如得不到及时解决，会导致瓦斯事故频发，严重影响生产，使开采工作难以顺利高效安全的实现，为此，总结已有成功经验，不断加强研究工作，创新瓦斯治理技术，以期解决低透气性煤层工作面瓦斯治理难题，提高瓦斯利用价值，是本文阐述的重点。

关键词：研究;低透气性工作面;瓦斯治理;利用;技术

我国煤层瓦斯含量丰富，风险与高效能源并存，采集利用得当不仅可以降低安全事故发生的概率，更是变害为宝，达到增产增效的目的。低透气性煤层由于地质构造复杂或极其复杂，进入深部开采后，其复杂程度更是加剧发展。依赖于传统的瓦斯综合治理途径，技术与方法均不能很好的解決这一瓦斯治理难题，为此，投入大量人力物力进行改善性研究，但都收效甚微，直到2005年以袁亮院士为首的研发团队，在这一难题上，取得重大突破性进展，提出卸压开采抽采瓦斯，建立起低透气性煤层无煤柱煤与瓦斯共采关键技术理论体系，由于该项煤与瓦斯共采理念和技术的先进性与有效性，得以在全国推广。

1 瓦斯治理的前提要素

首先要重视地质物探技术，运用三维地震精细解释，地下综合物探、地球化学识别、快速判别出水源、瓦斯地质地测等技术，为地面地质、井下地质做好“CT”，对地质环境要做到摸清一切，才能有针对性的制定相应的瓦斯采收措施。特别是对于地质条件复杂、矿压大、矿井周边老空多等低透气性煤层的矿井，地质保障技术是瓦斯治理与采收的基础。

2 瓦斯治理的基础措施

要打破传统自上而下的煤层开采流程，来解决低透气性高瓦斯煤层安全开采技术难题，有针对性的设计制定出煤体松动卸压的开采方案，采取卸压开采措施扩大煤层的透气性，以利于瓦斯的抽采，彻底改变任由瓦斯自然排放的传统方式，对瓦斯集中抽采，使卸压开采抽采瓦斯、煤与瓦斯共采付诸实践;这也是危险煤层得以消突最安全可靠、经济有效的方法，满足开采条件的必须首采卸压层;充分利用好减压抽提的时间和空间，以实现最大化的瓦斯抽采。

首采层开采后，大量解吸瓦斯在抽采负压作用下沿卸压张裂隙径向流动，把抽采钻孔和巷道布置在环形裂隙圈内，能够获得理想的抽采效果，避免了采空区瓦斯大量涌入到回采空间。根据实际经验，首先选择煤层群中安全可靠的煤层进行开采，致使上下煤岩层变形膨胀、松动释放压力，增加煤层透气性;同时在被卸压煤层顶底板、进行巷道设计，制定钻孔抽采卸压瓦斯的技术路线，卸压开采可以为瓦斯抽采创造有利条件。并利用数值模拟研究手段深入研究矿区卸压开采的采场内应力场分布规律，找出首采层开采后顶板存在环形裂隙区、顶底板被卸压煤层膨胀变形区的裂隙场分布及演化规律，及富集区瓦斯分布及运移规律，再据此规律采取适当的瓦斯抽采施工技术与方法，以下简要介绍适用低透气性煤层工作面瓦斯抽采的两项技术。

2.1 卸压开采钻孔管抽瓦斯技术

实际工作证明，瓦斯治标和治本都与打钻休戚相关，打钻和岩巷是实现瓦斯治本，达到安全生产的第一要务，必须着力建设一流的打钻和岩巷队伍、配备一流装备、实行一流专业化、精细化管理。地面采空区钻孔设计目的在于得到一个高效的地面采空区钻孔抽采系统，该系统能更多抽采高浓度瓦斯，并使采区自燃风险降到最小。瓦斯抽采对减小回风流及顶板钻孔、上隅角抽采管道等抽采方式过程中瓦斯浓度影响很大。伴随工作面逐渐离开钻孔位置，钻孔瓦斯流量和浓度都会随之增加，回风流及顶板钻孔或巷道内的瓦斯浓度逐渐下降。

2.2 无煤柱煤与瓦斯共采技术

依照煤层群赋存的地质条件，首采关键卸压层，沿采空区边缘沿空留巷实施无煤柱连续开采，回采巷道通过快速机械化构筑高强支撑体，得以保留，沿空留巷与综采工作面推进同步进行。基于无煤柱留巷围岩内外层结构稳定性规律，衍生无煤柱留巷顶板抗剪切破坏的强化锚杆控制技术和辅助加强支护技术，构建“三位一体”的留巷支护技术体系。在留巷内布置上（下）向高（低）位钻孔，抽采顶（底）板卸压瓦斯和采空区富集瓦斯，以留巷替代多条岩巷抽采卸压瓦斯，可极大减少岩巷和钻孔工程量，在工作面埋管抽采防止采空区瓦斯大量向工作面涌出，实现煤与瓦斯安全高效共采。而高承载性能机械化施工的巷旁充填支护技术，能保证充填墙体紧随工作面及时快速构筑，兼顾采煤生产和充填平行作业，可实现矿井安全高效生产。

3 抽采后的瓦斯利用

尽管瓦斯是我国煤矿生产过程中的主要灾害源，也是一种不可再生的洁净能源及优良的化工原料。高效开发地下资源，充分利用好瓦斯，改善矿井安全条件和提高经济效益，对缓解常规油气供应紧张状况、实施国民经济可持续发展战略、减少温室气体排放、保护环境等，具有深远意义。为此煤矿瓦斯治理以“变抽放为抽采，煤与瓦斯共采，治理与利用并重”为主要方式，非常必要。

综上所述，依靠自主创新，走科学开采的路线，在低透气性煤层工作面瓦斯治理方面，我们需要做的工作仍然任重而道远。瓦斯能够高效回收，提高矿井资源开发利用，可以优化能源结构，将来使煤层气真正成为有百利而无一害的无危险、无污染的常规性能源。

参考文献：

[1]袁亮.卸压开采抽采瓦斯理论及煤与瓦斯共采技术体系[J].煤炭学报，2009，34（1）：5-12.

[2]薛德平，赵杰，范德兴.低透气性煤层瓦斯综合治理技术实践[J].矿业安全与环保，2013，40（1）：81-84.

作者简介：

封宇翔（1988- ），男，汉族，山西盂县人，毕业于太原理工大学，本科，采矿工程专业，研究方向：采矿，就职于阳煤集团二矿采煤二队见习技术员，采煤助理工程师。