突出煤层立体式瓦斯治理模式分析

突出煤层立体式瓦斯治理模式分析

张恒1   蒋坤2

神火煤电股份有限公司和成煤矿 河南省郑州市  452300

摘要：煤与瓦斯突出是制约煤炭安全高效回采的主要隐患之一，随着煤炭采掘深度不断增加，煤层瓦斯含量、瓦斯压力等呈增加趋势。瓦斯预抽是消除煤层瓦斯突出危险的主要措施。煤层群开采时，保护层开采是最为有效的防突措施，即先开采瓦斯含量低、突出危险性小的煤层，开采后作为保护层实现被保护煤层卸压，增大煤层透气性，提高被保护煤层瓦斯抽采效果。

关键词：突出煤层；立体瓦斯；治理

引言

煤层瓦斯灾害一直是煤炭开采中的首要安全隐患。由于煤体内部瓦斯的积累或突发释放，一旦其浓度超过安全限值，一个微小的火花或高温都可能引发瓦斯爆炸，导致重大的人员伤亡和财产损失，这种灾害不仅威胁矿工的生命安全，同时也给矿山企业带来巨大的经济损失。另外，煤层瓦斯的排放还会对全球环境构成挑战，加速温室效应。因此，探索和研究有效的瓦斯治理技术，特别是针对高瓦斯低透气性松软煤层的治理，显得尤为重要和紧迫。

1现行瓦斯治理技术概述

煤层瓦斯治理技术在煤炭开采中扮演着至关重要的角色，确保矿山的安全和生产效率。过去几十年里，随着技术的进步，多种瓦斯治理技术已被研发和应用，包括预抽瓦斯、钻孔释放、高压水射流切割和地下瓦斯抽排等。其中，预抽瓦斯技术通过在开采前钻孔到煤层，将瓦斯提前释放出来，大幅降低了开采时的瓦斯浓度；而高压水射流切割技术可以创造出大量的微小裂缝，增加煤层的透气性，从而提高瓦斯的排放效率。尽管这些技术在很大程度上提高了瓦斯治理的效果，但在高瓦斯、低透气性、松软的煤层中，仍然面临许多挑战。①由于低透气性煤层的气孔和裂缝较少，瓦斯排放困难，常规的抽排技术效果不佳。其次，松软煤层的结构特点使得煤体在开采过程中容易崩塌，这不仅影响瓦斯抽排设备的正常工作，还可能导致新的安全隐患。②现有的瓦斯治理技术往往需要较大的投资和运营成本，对于一些中小型煤矿来说，成了一个不小的经济负担。③寻找一种既经济又高效、能够适应不同煤层特点的瓦斯治理技术，成为煤炭行业和科研机构的研究重点。

2针对高瓦斯低透气性松软煤层的治理难点

高瓦斯低透气性松软煤层在瓦斯治理方面存在诸多困难和挑战。①低透气性意味着煤层内部的瓦斯难以被有效排放。这种状况导致瓦斯累积在煤体中，形成瓦斯压力高的区域，增加了瓦斯突出和爆炸的风险。②松软煤层的物理特性使得其在开采过程中容易产生变形和位移，这不仅可能损坏已经布设的瓦斯抽排设备，还可能导致新的瓦斯积累区域。而这种松软的煤体结构在开采过程中的变动，给瓦斯治理工作带来了额外的不确定性。③高瓦斯含量意味着必须进行持续而高效的瓦斯抽排，才能确保矿山的安全生产。然而，现有的抽排技术在这种特殊煤层条件下常常效果不佳，因为它们大多是基于传统煤层的设计，没有针对性地解决高瓦斯低透气性松软煤层的特殊问题。④这种特殊煤层的治理不仅要求技术的创新，还需要矿工有足够的经验和技能，能够在变化多端的条件下，迅速判断并采取适当的措施，确保瓦斯治理的效果和矿山的安全生产。

3突出煤层工作面瓦斯治理技术

3.1内错尾巷埋管抽放技术要点

应用这一施工技术后，把尾巷设置在回风巷道的内侧，方向与回风巷保持平行的状态，沿着煤层顶板开展巷道掘进，并且将回风巷与尾巷设置多条联络的巷道，根据需要设置抽放管道，并且将其安装到尾巷中并在管道终端与采空区连接，进而可以设置形成整体通风巷道。针对于进风巷道的风流，有些是进入到工作面上的，还有些进入到回风巷内，并且基本上都抽入到回风巷内，还有些通过采空区排放出去，降低瓦斯浓度，并且全部都排放到巷道内，再进入到工作面回风巷道中。在本次设置的环节，一般来说，内错巷道回风巷的间距保持在12m左右，在设置吸风口环节，沿着工作面走向布置，然后进入到煤壁采空区，并且深度超过5m。

3.2地面钻井抽放技术要点

在本次地面钻井方式设置中其作用就是要稳定采矿作业范围，保证抽采瓦斯工作顺利的进行。在工作面开采日益进行之下，地层结构受到较大的扰动作用，并开始进行钻孔搭设施工，然后开展进行采动区域残余煤层、岩层内储存大量瓦斯抽采。回采作业时，自开切眼时开张工作，采动裂隙不断的扩大，尤其是采空区的中部，裂隙的问题变得日益严重，在逐步使得采空区达到规定范围内，裂隙以稳定的状态存在，并且在采空区的周边会不断地形成采动裂隙发育区，这样就会形成“O”型圈。因此，在对于本次的抽采作业中按照“O”型理论，在工作面巷道有25~85m的区间内钻孔作业即可。

3.3隔离挡墙施工技术

整个工作面不断向前推进作业的情况下，利用设置隔离挡墙的方式能够加强瓦斯治理，促进工作效果的全面提升。有些区域内发现瓦斯浓度升高的情况，通过分析可以确定，其主要是因为采空区瓦斯所造成的。因此，为了避免产生严重的影响，每向前推进1m的距离，工作人员就要在现场的工作面回风巷道、运输巷道内设置厚度为0.5m的隔离挡墙，促进密封性的提升，还要在巷道顶部掏槽处理，并落实封闭施工，促进密封性提升。因此，可以有效地减小瓦斯涌出量，可以有效地预防现场施工中出现采空区安全事故，保障安全性。

3.4引入新型瓦斯探测设备

为了充分发挥井下通风系统的作用，提升井下瓦斯探测的准确度，有必要升级改造井下瓦斯探测设备。作为一种常见的矿井瓦斯监测设备，现阶段我国煤矿常用的瓦斯探测传感器主要有两种形式，分别是热导传感器和热效式传感器。①热导传感器依靠瓦斯气与正常空气的热焓值不同，在检测仪器上反映导热数值的差异，从而有效区分瓦斯与正常空气。②热效式传感器依靠监测装置内部化学试剂引燃，通过比对燃烧温度不同来划分瓦斯气含量。在热效传感器的基础上，将位于氧化燃烧电极材料周围铺设二氧化锡热敏性热传导材料，可以提升热效应响应灵敏度和稳定性，提升瓦斯监测的准确性。无论是热导传感器还是热效传感器，在煤矿瓦斯检测中都具有广泛的应用，在实际使用过程中需要注意风量、湿度、粉尘等对监测结果准确度的影响，采用多种手段及时校正瓦斯监测结果，从而确保井下瓦斯监测的准确性。

3.5上隅角抽采的应用

在对回采工作面进行开采之后，在工作面的上端头与下端头的顶板的垮落比较困难，这样就有悬顶空间形成了，因为瓦斯有比较小的密度，所以，流动的方向就会向上，由于风流的不断作用，就极易有瓦斯在上隅角的悬顶范围内积聚，就会有瓦斯超限出现。由于要对该问题进行解决，需要抽采采空区的瓦斯。对工作面的顶板进行设计，设计将低位抽采巷施工到其顶板裂隙带底部，来对其上隅角的瓦斯进行治理。

结束语

展望未来，瓦斯治理技术将持续进步，结合新兴的技术如人工智能、大数据分析和物联网等，为矿井提供更为精准和高效的瓦斯治理方案。随着研发投入的增加和技术应用的深化，预期矿井的安全状况将得到进一步改善，瓦斯事故的风险将极大降低。同时，这些技术的普及和应用，不仅会提高资源开采效率，还会为工作人员创造更为安全、舒适的工作环境。在不久的将来，矿井瓦斯治理将达到前所未有的高度，为全球矿业发展树立新的标杆。

参考文献

[1]段俊英.松软低透气性煤层瓦斯抽采技术研究[J].山西化工,2023,43(5):160-162.

[2]单大阔.高瓦斯低透气性松软煤层瓦斯治理技术研究[J].能源技术与管理,2022,47(1):32-34.

[3]邓春生,年军,吕晓波.高瓦斯低透气性单一厚煤层瓦斯治理技术研究[J].煤炭技术,2022，41(1):122-126.

[4]王钦明.近距离多煤层保护层回采工作面瓦斯综合治理技术[J].煤炭科技，2021,42(4)：33-35.