浅论煤矿瓦斯灾害的防治思路与技术方法（董景帅）

浅论煤矿瓦斯灾害的防治思路与技术方法

董景帅

（淮北矿业股份有限公司许疃煤矿，安徽淮北 233529）

摘要:浅析煤矿瓦斯治理存在的问题、解决思路，以及有效治理技术。 关键词:煤矿瓦斯治理；问题；思路；技术 1 引言

煤炭行业是国家安全生产形势最为严峻的行业之一，在预防和控制煤矿重特大事故的发生，促进煤矿安全生产形势的根本好转上，已成为国家和政府层面上急需解决的重大问题，也是国家安全生产工作的核心任务。在煤矿灾害事故中，瓦斯事故是最严重的，其中主要是以煤与瓦斯突出及由瓦斯超限而造成的瓦斯爆炸为最主要的表现形式。虽然近几年煤矿瓦斯防治工作已取得了阶段性成效，但仍是还没有从根本上遏制重大瓦斯事故的发生。瓦斯灾害已成为制约高效集约化开采技术发展和安全生产的最重要因素，而常规或单一的瓦斯灾害防治技术，已经不能满足煤矿高效安全生产的需要。因此，强化瓦斯抽采才是防止瓦斯灾害事故最有效的根本途径。根据煤层赋存条件复杂和瓦斯抽采率低的特点，利用井下水力压裂技术和地面采动井抽采与常规的井下瓦斯抽采相结合的综合治理新思路，可有效解决瓦斯突出影响安全生产的问题。

2 煤矿瓦斯治理存在的问题

淮北矿区煤炭储层构造比较复杂，煤层多强烈变形，煤体构造破碎严重，Ⅲ、Ⅳ类煤所占比例较重。煤质松软、坚固性系数偏小，煤层透气性低，渗透率一般在(0.001～0.1)×10－3μm范围内。由于瓦斯抽采效率不是很高，因此造成了瓦斯的治理也比较困难。随着采掘活动向纵深延伸，其煤层瓦斯赋存多以“三高一低”(高应力、高瓦斯压力、高瓦斯含量及低渗透性)为主要特征。采用常规的瓦斯抽采技术，很难发挥作用，抽采率低下，抽采效果不明显，瓦斯事故难以避免。基于此因，采用强制增透的瓦斯治理技术和井上下联合抽采的综合治理措施就显得尤为重要了。在新版的《防治煤与瓦斯突出规定》第6条明确规定:“防突工作坚持区域防突措施先行、局部防突措施补充的原则。突出矿井采掘工作做到不掘突出头，不采突出面。未按要求采取区域综合防突措施的，严禁进行采掘

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活动。”遵循此原则，才是解决高瓦斯威胁矿井安全的根本措施。

3 煤矿瓦斯的解决思路

煤矿瓦斯突出的防治技术措施主要有三种形式（开采保护层、水力压裂和钻孔抽采）。按照规定，对具有保护层开采条件的煤层，应优先开采保护层使煤层整体卸压、消突；对不具备保护层开采条件的、单一、低透气性煤层，在实施防突措施时，水力压裂与井下常规瓦斯抽采技术相结合，这就非常重要了。瓦斯抽采需要与煤炭开采工序相协调，不然就很难保证在抽采瓦斯、降低工作面瓦斯超限压力的情况下实现高产高效开采，以致常造成抽、掘、采接替上的紧张。各种井下抽采方法都存在一定的局限性（如煤矿井下顺煤层长钻孔抽采效率高、成本较低，但顺层钻孔施工经常遇到卡钻、喷孔等工程技术难题），尤其是在突出松软煤层施工，钻孔成孔率很低；而穿层钻孔抽采方法抽采效率虽高，但必须辅助开挖顶板或底板岩巷进行抽采设备布置和钻孔施工，其工期长、工程成本高；至于保护层卸压抽采面，也面临着卸压效果和工程施工风险的难题等。仅通过增强井下瓦斯抽采技术和规模方法解决突出与瓦斯超限的问题，不仅影响煤炭产量，瓦斯治理成本也会大大增加，抽采效果也受到限制。地面采动井抽采，则是一种抽采瓦斯、解决井下瓦斯超限难题的新方法。施工在地面进行，不影响煤炭回采，在采区回采前就可完成。可实现连续进行采前预抽、采动抽采和采空区抽采，可完成煤层瓦斯的全过程抽采与控制。

4 煤矿瓦斯治理技术

1）地面采动井技术。①原理与效果。地面钻井抽采采动煤层和采空区瓦斯是近年来逐步发展起来的一种瓦斯抽采新技术，通过在采场地表施工垂直钻井到煤层采动可能形成的覆岩裂隙带或煤层内，通过预裂或采动影响增强煤层的透气性，使瓦斯能够尽可能多的经煤岩体裂隙网络通道和钻井直接抽采到地表，达到降低回采工作面瓦斯涌出量，缓解瓦斯超压和开发煤层气的目的。采用地面采动井技术，可以做到采前预抽、采动抽采和采空区抽采，实现“一井三用”。这其中，采前预抽：主要用于采区回采前进行煤层气开发；采动抽采：主要是利用回采工作面对煤岩体扰动，提高透气性的特点增强瓦斯抽采率、缓解通风压力；采空区抽采：主要解决回采工作面推过后采空区瓦斯，以降低采空区瓦斯向回采工作面的涌出，解决回采工作面瓦斯超限的难题。通过提前将预采高瓦斯煤层中的

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瓦斯进行释放并加以利用，可降低煤层中的瓦斯含量，从根本上解决煤矿瓦斯的危害问题。②地面采动井的布孔位置确定。布孔位置直接关系到后期抽采效果的好坏。一般在满足总体抽采效能的同时，降布孔位置选在采场的中间位置，以尽可能增加使用寿命；倾斜煤层要考虑重力方向的影响，宜将地面钻井布井位置由采场中部向回风巷方向有所偏移，一般与回风巷的距离约为工作面斜长的1/3。在钻孔垂向上，钻孔终孔位置在冒落带上方的裂隙带内，距开采层距离为30～40m时最为合适。布孔位置对抽采瓦斯的效果也很关键。

2）井下水力压裂技术。①水力致裂机理。通过高压驱动水流压入煤中原有的和压裂后出现的裂缝内，扩宽并伸展裂缝，进而在煤中产生更多的次生裂缝与裂隙，以更好地沟通天然裂隙，增加煤层的透气性。②煤矿水力压裂技术种类和效果。它分地面和井下两种。地面水力压裂不够灵活方便、成本高、压裂效果不明显，其没有推广开来。“煤矿井下定向压裂增透消突成套技术”应用效果较好，能在井下充分利用现有的开拓工程，针对不同煤层瓦斯地质条件编制不同的压裂方案，实施不同的压裂工艺，实现“一面一策”、“一孔一策”。它不同于煤层注水，在压裂液中添加有一定浓度的表面活性剂，不仅可更好地湿润煤体，且可改变煤体的力学特性，更多地采排瓦斯。③适用条件。实施水力压裂技术时，为更多地抽采煤层瓦斯，达到煤层气开采利用的目的，可利用泡沫压裂液实施压裂技术。其具有静液柱压力低、滤失量小、携砂性能好、助排能力强、对地层伤害小等优点。相同条件下，可更好地提升压裂效果，但成本较高。煤层的压裂，多选择CO2泡沫压裂液，它与CH4相比，对煤的吸附能力更强，可更多地置换出吸附态的煤层瓦斯气体。

5 结论

在煤矿瓦斯防突上，按照“防突工作坚持区域防突措施先行、局部防突措施补充的原则”，可以利用井下水力压裂技术和地面采动井抽采与常规的治理井下瓦斯抽采相结合的综合瓦斯治理新思路进行。实施的条件和原则，可按如下方法:①条件允许时，应优先采用强制增透的瓦斯治理和井上下联合抽采的综合治理措施；②不具备保护层开采的单一、低透气性煤层进行区域瓦斯治理时，应优先选择煤矿井下水力压裂措施；③井下定向压裂增透消突成套技术，不仅成本低，且能有效提高瓦斯抽采率，降低煤与瓦斯突出和煤尘爆炸危险性，同时可降低防

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突工程量，改善作业环境。④地面采动井瓦斯抽采技术，可做到“一井三用”，从根本上能降低回采工作面瓦斯涌出量，缓解瓦斯超限压力和开发煤层气的目的。因此，煤矿应根据实际情况选择合适方法抽排瓦斯。 参考文献:

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