《浅谈瓦斯的治理技术与应用》

瓦斯治理是煤矿安全开采的关键环节。在技术方面，瓦斯抽采技术应用广泛。地面钻孔抽采可在开采前提前降低瓦斯含量，井下钻孔抽采能针对采掘工作面附近瓦斯富集区精准抽采。通风技术也极为重要，合理的通风系统可稀释瓦斯浓度，例如采用分区通风等方式。在瓦斯监测上，先进的传感器能够实时监测瓦斯浓度，一旦超标及时报警。应用层面，这些技术的有效运用大幅提升了煤矿生产的安全性。不仅减少了瓦斯爆炸等重大事故的发生风险，也使得煤矿开采能够更加高效、有序地进行，保障了矿工的生命健康与企业的稳定发展。

摘要：瓦斯主要以煤层气构成的有害气体甲烷为主。是在煤的生成和煤的变质过程中，在高温、高压的环境下伴随着产生瓦斯，它在煤体或围岩中是以游离状态和吸着状态的形式存在的。如何合理利用瓦斯钻孔技术要点，合理布置钻孔间距，综合各钻孔技术，是瓦斯抽放效率得到有效的提高。
    关键词：瓦斯 治理技术 应用
    0 引言
    我国是煤炭大国，在丰富的煤炭资源中含有丰富的瓦斯资源，埋深在2000米以内的煤层中含煤层气资源量达35-50万亿立方米。它是造成瓦斯煤矿灾害事故居高不下的重要原因。对高瓦斯矿井或者低瓦斯矿井，都必须进行合理的瓦斯预防和治理，保证煤的安全生产。目前对高瓦斯采掘工作面主要采取的瓦斯治理措施主要有：加强管理、保证通风、打瓦斯抽放钻孔、利用局部通风机处理采掘工作面上隅角瓦斯、进行局部瓦斯抽放、使用局部通风机等。现主要介绍一下瓦斯的钻孔抽放技术。
    1 瓦斯的治理技术
    1.1 瓦斯的钻孔抽放 通过通风办法来稀释瓦斯，已经在经济上和技术上逐渐被淘汰，与此同时，随着开采的强度和深度的增加以及地面大气压的降低，矿井瓦斯的涌出量也在增加，通常情况下利用正常通风稀释瓦斯，只能解决落煤和暴露煤壁时的解析瓦斯，而在采空区的涌出瓦斯占比例较大，一般位60%左右，稀释对大部分矿井来说根本达不到要求。而瓦斯的抽放一方面降低瓦斯的涌出量，另一方面能有效地解决瓦斯浓度的超限，防止煤与瓦斯的突出。如何有效地提高瓦斯抽放率，主要取决于对抽放方式的合理选取，因此，要根据瓦斯的来源、瓦斯地质条件和矿山技术条件选择瓦斯抽放方式。
    高位水平钻孔瓦斯抽放技术是钻孔技术中比较难的一种抽放技术，该技术分为顶板高位水平钻孔瓦斯抽放技术和大采面中间高位巷瓦斯抽放技术，前者具有先期投入少、工期短、灵活性强的优点。对于煤于瓦斯突出的设计能力比较大的矿井，瓦斯涌出量大，含量高，煤层的透气性比较差，以及受地质条件的影响导致瓦斯的富集及煤层瓦斯分布的不均匀性的矿井，目前这种技术已经得到广泛的应用。
    1.2 钻孔瓦斯抽放技术要点 钻孔的布置是该技术的关键：①对于卸压瓦斯必须进入卸压范围；②钻孔开口端应布置在完整煤（岩）体内；③穿层钻孔进入抽放层顶（底）板岩石0.5m以上。
    由于开采层越近，瓦斯的涌出量越多，邻近层瓦斯抽放钻孔布置主要从适当的巷道向各邻近层卸压区打钻孔，要能控制卸压瓦斯流入钻孔，避免瓦斯大量流入开采层采空区。孔间距同时也是影响抽放时间的又一重要因素，其计算公式如下：
    R1——瓦斯空间距，m；
    Kb——抽放负压影响系数；
    Z——各钻孔瓦斯涌出不均匀系数，Z＝0.75；
    L——钻孔有效长度，m；
    Q0——钻孔初始比瓦斯涌出量，由实验测得；
    m——被抽放煤层厚度，m；
    a——瓦斯涌出衰减系数；
    t——抽放时间，d；
    H——钻孔抽放瓦斯阶段斜长；
    mi——煤层分层开采厚度，m；
    r——煤层平均容重，t/m3；
    K——抽放瓦斯有效性系数；
    Q——抽放回采工作面瓦斯涌出量。
    不同煤层其抽放钻孔的布置形式不一样，钻孔间距也不一样，其抽放时间也不一样，空间距是随着抽放时间的增大而增大。对于钻孔抽放瓦斯，可以根据不同的瓦斯流量和抽放的难易情况进行抽放钻孔布置，具体措施有：加大钻孔的直径、负压提高和增大煤气层等。
    1.3 几种特殊钻孔抽放技术 穿层钻孔抽放技术在透气层极低的抚顺北票矿区台吉矿的10号煤层取得很好的效果，其主要利用利用了钻孔交叉时产生的相互影响，交叉部分即是加大了钻孔的直径，在没有增加工作量的情况下，提高了抽放效果；还可以避免钻孔坍塌、堵孔对抽放效果的影响，提高抽放量46%-102%。
    穿层水力扩孔强化抽放瓦技术采用高压水射流冲割煤层，将煤层中的碎煤排除，形成空区，这样是煤层局部得到卸压，使裂纹发展成裂隙并不断延伸，增加了煤层透气性，提高了瓦斯的抽放量。
    深孔控制预裂爆破强化抽放瓦斯技术是一门利用特殊爆破技术抽放瓦斯的方式，利用预裂爆破的破孔布置原理和方法，合理利用破轰波的能量，结合瓦斯压力，通过控制孔的控制，使媒体既不影响开采和安全的前提下产生裂隙，提高煤层透气性，达到抽放效果。
    交叉、顺层扇形钻孔抽放技术：钻孔布孔方法为：沿工作面上、下风巷向煤层倾斜方向或中切割向煤层打倾斜或走向顺层钻孔。每2～3m布置一对抽放钻孔，其中一孔平行于工作面，一孔与工作面斜交，孔径为75～79mm，钻孔深度为50～80m，布孔密度为0.03～0.055m/t ，预抽期为3～5 个月。一定程度上缓解了抽放瓦斯与接替紧张的矛盾，钻孔数量多，抽出量大，抽放效果好。
    2 应用效果及其前景
    2.1 对于钻孔抽放，减少工作面的风排瓦斯量。根据调查显示，采用钻孔技术的矿井其工作面的瓦斯抽出率可以达到37.5%左右，约35%的瓦斯进入回风道。
    2.2 目前，大部分矿井均采用抽放技术，其杜绝瓦斯超限、提高生产能力。采空区涌出的瓦斯，通过钻孔的抽放，对作业环境有了很大改善，有利的保证了生产的安全。大大地提高了生产能力，带来了很好的经济效益和社会效益。
    2.3 以瓦斯抽放和通风方式改革为主的瓦斯综合治理技术是很多矿区工作面瓦斯治理的根本方，综合各钻孔抽放技术是矿区最佳的抽放方式，也是矿区瓦斯治理技术发展的必然方向。
    3 结束语
    3.1 通过特殊钻孔技术引起煤层和岩层的卸压，增加煤层的透气性，有效地解决瓦斯的抽放难的问题，提高抽放率。
    3.2 各瓦斯钻孔抽放技术其抽放参数和抽放工艺， 还需要进一步考察、研究和完善。
    3.3 综合考虑抽放方式，争取钻孔的设计科学合理，保证施工工艺和精度准确。同时对高瓦斯煤层和突出煤层，采用联合抽放技术共同治理瓦斯是行之有效的，值得推广应用。
    参考文献：
    [1]王省身.矿井灾害防治理论与技术.中国矿业大学出版社.1997.
    [2]李志，屠锡根译.煤矿瓦斯抽放细则.煤矿安全.1981.
    [3]常兴民，蔡永安，郭顺清，郑修平.高位钻孔抽放瓦斯技术在弱透气性煤层中的研究及应用.中洲煤矿.2007.
    [4]瓦斯通风防灾火安全研究所.煤矿瓦斯抽放技术发展的50年.煤矿安全.2003.
    [5]马世志，范满长，殷秋朝.顶板高位水平钻孔瓦斯抽放技术应用研究.煤炭科学技术.2002. 来源: 《建筑中文网》.

原文网址：http://www.pipcn.com/research/200911/14048.htm