浅谈煤层深部开采瓦斯治理技术

侯跃峰

[摘 要]瓦斯是煤矿的主要自然灾害之一，长期以来一直严重威胁着煤矿的安全生产和矿井的经济效益。本文介绍了深部开采瓦斯的危害，论述了深部开采瓦斯防治面临的困难，并提出了深部开采瓦斯的治理措施。

[关键词]深部开采；瓦斯；治理措施

中图分类号：S653 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）24-0248-01

煤炭是我国国民经济发展的基础，在我国煤炭是重要的能源，煤炭在未来的很长一段时间都会占据着主要能源的位置。但在开采煤炭时，矿井中瓦斯超限及瓦斯积聚发生频繁，而且这些问题时刻威胁着从业人员的生命安全。经济的快速增长加剧了煤炭工业的发展，也使人们重视煤矿瓦斯的治理工作，以确保煤炭工作的健康、稳定发展。

一、深部开采瓦斯危害

1、瓦斯窒息。深井开采矿山压力大，若瓦斯涌出量较大时，则通风系统管理不善；通风巷道风流反向、采空区或煤层中高浓度瓦斯涌出；工作人员误入未及时封闭停风的巷道；或因停风导致瓦斯积聚而没有采取相应措施等，都可能造成人员误入，缺氧窒息而亡。

2、瓦斯燃烧。煤层瓦斯含量较高，生产过程中瓦斯涌出量较大，通风不能将瓦斯及时稀释并排出，并在局部地点形成瓦斯积聚，一旦接近火源就可能发生瓦斯燃烧，造成火灾，火灾引起瓦斯爆炸等一系列灾难性事故。

3、瓦斯爆炸。瓦斯爆炸发生的条件是瓦斯积聚达到爆炸极限浓度、引爆火源和足够的氧气。井下的照明、爆破火焰、电气火花、摩擦火花等都可能成为引爆火源。在煤矿的生产过程中，很难完全杜绝这些火花的产生。在井下瓦斯超限和局部瓦斯积聚达到爆炸极限浓度时，接近火源都有可能发生瓦斯爆炸，甚至引起煤尘、瓦斯联锁爆炸。

二、深部开采瓦斯防治面临的困难

1、深部矿井环境复杂。深部采掘导致地应力重新分布，时空关系复杂多变，高应力释放、转移和强卸荷作用引起的煤岩体破碎、块度分布极其复杂；此外，大范围开采对煤岩体形成反复扰动，使煤岩体经历多次变形、破坏过程，其介质属性非常复杂。

2、组间距离远，组内距离近，没有合适保护层可采。在煤层深部开采瓦斯时，普遍存在的煤层瓦斯赋存特征是：煤组间距大，保护层开采效果差；组内间距小，保护层开采危险性大。

3、矿区突出煤层煤质松软，煤层透气性系数低，限制了打深孔和预抽煤层瓦斯效果。

4、瓦斯压力大（最大超过6.6MPa），瓦斯含量高（部分煤层超过30m3/t），煤与瓦斯突出危险性大。

5、开采深度大（个别矿井采深达1200m），冲击地压灾害日趋严重。

三、深部开采瓦斯治理措施

深部开采瓦斯综合治理应以防突和抽采为主：①抽采以邻近层卸压瓦斯抽采、本煤层瓦斯预抽及采空区瓦斯抽采为主；②深部煤层开采的本煤层瓦斯含量较大，而且顶底板岩层透气性不好，瓦斯释放条件较差，因此，防治突出措施将以降低减少本层瓦斯为主。目前，我国主要是按照“四位一体”综合防突措施防治煤与瓦斯突出，具体分为区域综合防突措施和局部综合防突措施，其中区域防突措施主要有开采保护层和瓦斯抽采2大类，局部防突措施有水力冲孔、水力压裂、水力挤压、水力冲刷和煤层注水等水力化措施。

1、保护层开采防治煤与瓦斯突出。

1）开采保护层。它是最为有效的治理煤与瓦斯突出的区域性措施，其原理如图1所示。

2） 开采保护层结合瓦斯抽采。在开采层间距小于30～50 m的煤层群时，层间没有较厚的硬岩层，突出层卸压后，大量瓦斯会通过层间裂隙涌向开采层，进而引起开采层瓦斯超限，而靠通风并不能解决瓦斯超限问题。因此，需结合瓦斯抽采来降低瓦斯向工作面和上隅角的涌出。而开采层瓦斯主要来源于采空区与邻近层，所以采用采空区抽采结合钻孔抽采，能够减少本煤层开采的瓦斯向上隅角和回风巷排放的压力，同时加快被保护层的瓦斯释放速度，进而提高采掘进度。

3）利用钻卸法开采极薄保护层。钻卸法是以打大直径钻孔为手段，通过利用地应力、瓦斯压力等破坏保护层的极薄煤层，从而达到开采保护层的目的。其具体做法是在突出煤层上方极薄煤层的运输巷或中间巷，沿极薄煤层仰斜打一些平行间距不大的大直径钻孔，使煤层的应力重新分布，煤柱产生集中应力，当煤柱均被压碎，则在突出煤层的上方形成一个连续的卸压空间，进而起到开采保护层防治突出的作用。

2、突出煤层瓦斯抽采。降低突出煤层瓦斯压力及含量与改变煤层地应力，是防治煤与瓦斯突出的手段之一。在无保护层可开采的情况下，瓦斯抽采是最有效的防治煤与瓦斯突出危险性的手段，它以减少煤层瓦斯含量、降低煤层瓦斯压力为目的。通过合理抽采，不仅可以防治煤与瓦斯突出，而且浓度较高的瓦斯也能够民用，从而为煤矿企业创造更好的经济收益。

瓦斯抽采分为预抽、邻近层和采空区抽采，预抽又分为穿层钻孔条带抽采、顺层钻孔抽采和网格式穿层钻孔抽采、地面长钻孔抽采和综合抽采。

1）穿层钻孔条带瓦斯抽采是在突出煤层以外的岩石巷道或非突出煤层巷道打穿层钻孔，它能降低预抽条带瓦斯压力，减少煤层瓦斯含量，使该条带应力重新分布，增加透气性，降低煤层的煤与瓦斯突出危险性，使突出煤层可以顺利掘进巷道，形成采煤工作面。

2）网格式穿层钻孔适用于松软低透气性突出煤层的瓦斯抽采，能解决突出煤层打顺层孔时喷孔、塌孔问题。

3）在无底板巷道的突出矿井多采用顺层钻孔抽采瓦斯，顺层钻孔抽采的是本煤层瓦斯，是从已形成的进风或回风巷抽采该工作面的瓦斯。本煤层抽采是为了降低煤层瓦斯含量缓解煤体应力状态，从而达到防治煤与瓦斯突出的作用。此抽采方法多数单层煤开采常用来防治煤与瓦斯突出。因煤层瓦斯来源不同，随着采深增加，瓦斯涌出量也在增加，采用单一抽采方式可能无法解决问题，因此，在许多情况下采用综合抽采方式。

3、防治煤与瓦斯突出的水力化措施。水力化措施是在抽采瓦斯的基础上增加煤层透气性，提高抽采率，尽快降低煤层瓦斯压力和含量的一种手段。防治煤与瓦斯突出的水力化措施从工作方式上可分为2种：一种是在煤体中形成空洞，利用形成空洞后的地应力重新分布，扩大卸压影响范围，并利用形成的空洞疏通通道，排出煤层中的瓦斯。另一种是改善煤体的力学性质，增加其强度，提高其稳定性，扩大其卸压范围，并将其脆性破坏转变为塑性破坏。利用水的不可压缩性，来完成水力冲孔、水力压裂、水力挤压、水力冲刷和煤层注水。通过所达到的目的不同可将水力化措施分为2类：将水作为湿润剂，向煤层注水湿润煤体，增加煤层的塑性、降低煤层的解吸速度，从而起到防治突出的目的；将水作为工具，在煤层中形成人工空腔，或使已形成的槽缝、裂缝扩大，促使煤体位移，如水力冲刷、水力割缝、水力压裂和水力挤出等。其主要目的是使煤体破裂和位移，从而使煤体中的应力趋于缓和或重新分布，使瓦斯得到排放，从而起到防治突出的作用。

四、结语

随着我国煤炭开采强度的加大和开采深度的延伸，煤矿深部开采瓦斯防治面临的一系列问题将是我国当前和今后煤矿安全生产中的重大问题，必须未雨绸缪，加大科技创新的力度，以期解决关键技术难题，采用先进的技术装备，降低和防范深部开采带来的风险，实现深部煤矿安全、高效、低成本开采。

参考文献

[1] 俞启香.矿井瓦斯防治[M].中国矿业大学出版社，2016.

[2] 張铁岗.矿井瓦斯综合治理技术[M].北京：煤炭工业出版社，2017.

[3] 张思学.瓦斯煤层综合抽采技术[J].煤炭技术，2016.