煤矿瓦斯防治技术现状与问题

2021-01-10白龙西李德仁李会鹏

陕西煤炭 2021年3期

白龙西，李德仁，文浩，李会鹏

(1.彬县煤炭有限责任公司，陕西咸阳 712000；2.陕西华彬雅店煤业有限公司，陕西彬州 713500)

0 引言

瓦斯事故是常见的煤矿生产安全问题，属于煤矿发展行业的基本灾害，给我国煤矿产业的正常运行以及可持续发展造成了严重影响。根据多次实地考察报告可知，常见的煤矿瓦斯事故主要包括瓦斯混合气体的爆炸，煤与瓦斯的突出，瓦斯窒息等，文章主要从目前我国的煤矿事业发展实况出发，对现有的煤矿企业瓦斯治理工艺进行了探讨，发现虽然现阶段的瓦斯事故处理成效较好，但还存在许多细节问题，故更加深入地探讨了后续瓦斯事故处理工艺，为实现煤矿事业发展的安全、高质、高效生产提供借鉴。

1 我国煤矿领域瓦斯治理工艺的现状

1.1 煤层间瓦斯抽取工艺

矿井中的瓦斯抽采过程基本上是在地面上方，朝向煤层储气空间的天然气抽取管道的安装，或者是在井底的钻探过程，这个过程依托的主要是特殊的瓦斯管道，特殊的气体通风管道将气体输送到地面进行存储、发电等。在煤层空间实施瓦斯抽采，不仅有效地预防和控制了地下瓦斯灾害的发生，而且还提高了液化瓦斯能源的利用率，在一定程度上帮助缓解国家天然气资源紧缺问题。在20世纪50年代，东北矿区在我国的瓦斯抽采技术实践中处于领先地位，在我国的煤气利用技术中起着领导作用。进入21世纪以来，随着我国煤田地下开采技术的成熟和改进，煤矿瓦斯开采技术依赖于地下挖掘和侵入式挖掘。我们国家的开采技术在趋近成熟的阶段内，也经历了许多艰难险阻，是通过井下施工瓦斯抽采钻孔对高渗透性煤层实施瓦斯气的预抽采，后期出现发展成依托穿层打孔，对相邻的煤层中的瓦斯气体进行抽采，再之后，开始应用更加成熟的技术。我国的煤层瓦斯抽采技术发展到如今大体经历了4个阶段，近几年我国的煤层瓦斯抽采技术发展越来越好，但与发达国家相比我国煤矿瓦斯抽取工艺尚有差距。

1.2 矿层瓦斯的连续性监测技术

煤矿瓦斯浓度的现场连续监测过程，是指在煤矿主巷道和瓦斯涌出区域安装瓦斯监测装置，实现对煤矿瓦斯涌出量的实时在线监测，并确定瓦斯浓度。预先设置的限值通过检测系统自动显示并在需要时快速关闭电源来确保煤矿生产操作的安全。由于我国高端设备生产质量和采矿工程技术水平的不断提高，我国大多数煤矿都建立了更加先进，更加完善的监测监控制度，瓦斯监测职能机构也有所完善。但是，由于煤层结构复杂性和技术管理的多样性，煤矿事业发展中的瓦斯防治工作仍然有很多缺陷。

2 煤矿瓦斯防治技术的现状与存在的问题

2.1 煤层瓦斯数据收集不足，瓦斯含量和突出等级等预测误差大

在煤矿开采前预测并确定瓦斯含量和爆炸等级，是煤矿开采时瓦斯气体爆炸、泄露的预防和控制工作的重要指南。但由于技术限制，现阶段想要收集完整的煤层瓦斯数据难度系数非常高，而不精准的数据容易导致较大的预测误差，造成瓦斯含量和爆炸等级不准确。另外，预测过程必须使用先前的数据，但是数据本身并不准确。当用于预测时，它不可避免地会增加误差。然后，在数据收集过程中，由于某些数据或人为导致的错误收集，降低了预测结果的准确性和完整性，也会增加预测错误。

2.2 煤矿机械化生产水平较低，瓦斯防治技术和设备相对落后

我国煤矿开采经历了炮采—普采—高档普采—综合机械化采煤阶段。现阶段受到生产成本和煤矿自然条件的限制，我国的煤矿开采条件仍处于低端状态，矿井机械化程度非常低，瓦斯防治工作不到位，尤其是不先进的瓦斯监测技术以及落后的设备，严重影响了井下瓦斯含量的数据准确性，不能及时预警可能发生的安全事故，导致瓦斯防治工作难度系数进一步提高。

3 提高煤矿瓦斯防治能力的对策探究

3.1 加强煤矿瓦斯防治基础理论研究

防治煤矿开采中的瓦斯事故，首先要对瓦斯防治的基础理论进行了解。

瓦斯防治预警研究：要深入研究瓦斯富集区域的分布特点，明确瓦斯地质可能造成的灾害，探究其生成机理，做好危险预警。尤其要重视典型地质条件下的瓦斯含量以及分布原理，通过预测预报技术以及基础理论知识明确瓦斯多分布区域的危险性，并且通过一定的预警方式，尽量降低瓦斯事故造成的煤矿安全开采事故，提高煤矿开采的安全性。

煤岩瓦斯动力灾害机理研究：深入研究煤岩瓦斯动力灾害机理，做好控制方式探索。瓦斯灾害并不是单一的灾害类型，而是多种的复合性的灾害演化，常见的煤矿灾害有瓦斯爆炸，主要表现为煤与瓦斯突出、瓦斯窒息、冲击地压等等，瓦斯爆炸是涉及范围最广、灾害性最大、最易发生的事故，无论是预防还是解决，都要了解清楚瓦斯事故的基础原理，瓦斯事故的具体演化过程、分布区域、造成灾害的具体原因等；再结合先进仪器及先进技术量化灾害的具体表现。众所周知，煤矿安全事故并不只是单一因素造成的，瓦斯安全问题同样如此，工作人员应该研究多因素耦合条件下的动力灾害演化过程，基础条件下可以通过大型的物理模拟明确各种因素的不同影响，分析造成安全事故的最主要原因，通过三位一体的研究方式，明确揭示其耦合机制和演化规律。

增透机理及高效瓦斯抽采研究：增透机理及高效瓦斯抽采的基础研究也是现阶段煤炭企业发展最应该深入研究的内容之一，如何开采低透气性煤层是研究的重中之重。技术人员需要结合理论知识，通过物理实验，明确井上、下联合瓦斯抽取机理，研究其渗透规律，明确各种抽采条件以及外界因素影响是否会造成瓦斯的泄露等问题。

瓦斯抽采问题研究：深入研究瓦斯抽采过程中各类问题出现的原因，煤矿开采过程中瓦斯爆炸机理以及传播规律。

3.2 建立和完善煤矿瓦斯监测监控体系，加强瓦斯预测力度

近几年，我国煤矿事业发展有了质的飞跃，但是在煤矿事业发展的同时，也存在煤炭资源愈发紧缺，瓦斯事故频发等问题。煤矿开采监管系统的不完善，开采管理制度的不健全是这些问题难以解决的主要原因之一，一个完善的瓦斯安全预测预报系统，不仅需要明确井下的瓦斯浓度，瓦斯具体分布情况，还需要实时动态监测井下情况，确保在井下瓦斯超限时第一时间发现并提出有效的解决方案，避免发生不安全事故。通过经验积累发现，地形、地域特点也能够合理预测瓦斯含量，提高开采安全性，目前较为常用的预测法有3种：①通过煤层区域分布特点来预测。②通过不同区域、不同密度的分布情况进行局部预测。③结合各种往期数据进行预测。

3.3 加强煤矿瓦斯防治技术与装备研发

加强对瓦斯问题的防治技术设备研发主要从以下几点出发。

单一煤层典型地质条件下采煤影响区的卸压瓦斯抽采技术，提高单一煤层典型地质条件下的煤层渗透，在单一煤层典型地质条件下从地表井中抽采，包括关键技术和设备，天然气关键技术，以及在单一煤层典型地质条件下的从井上、下提取复杂气体的关键技术和设备。①深入研究井上、下联合抽取煤层瓦斯的关键技术，要注重井下生产安全设施以及地面的控制设备的深入研究。②深入研究高瓦斯涌出煤层瓦斯抽采的技术设备与装备研究，要注重其关键技术以及设备的研究，结合传统技术及理论知识体系，勇于改革创新，发展新技术、新工艺。③各种瓦斯抽采关键技术的研究侧重点不同，例如：高瓦斯特厚急倾斜易自燃煤层瓦斯抽取关键技术研究的侧重点就在于井下大范围渗透技术以及设备。④为了提升检测精度，从根源上预防瓦斯安全事故的发生，也要深入研究井下高精度的研究技术，通过先进的测定技术进行大范围的高精度的超前检测，通过微震检测以及地质雷达检测确定井下的瓦斯浓度，提高开采安全性。