高瓦斯矿井主动瓦斯防治技术.pdf

第 2 7 卷第 3期 2 0 0 7年 9月 山 西煤炭 SHANXI C0AL VoI _ 27 N O． 3 Se p ． 2 00 7 煤 矿 安全 高瓦斯矿井主动瓦斯防治技术 郑建平 山西新元煤炭 有限责任公 司， 山西 阳泉 0 4 5 0 0 0 摘 要 通 过 对 瓦 斯 抽 放 的 各 种 方 法 进 行 比较 分 析 ， 提 出 了 瓦斯 的 主 导 防 治 技 术 ， 且 提 出 用 割 缝 卸 压 的 方 法 进 行 瓦 斯 抽 放 是 效 果 最 好 的 抽 放 技 术 。 关 键 词 瓦 斯 ； 抽 放 ； 卸 压 ； 割 缝 中 图 分 类 号 TD 8 0 2 文 献 标 识 码 A 文 章 编 号 1 6 7 2 - 5 0 5 0 2 0 0 7 0 3 0 0 5 0 0 3 中国是世 界上 产 煤 最 多 的 国家 ， 也 是 以煤炭 为 主要 能 源 的国家 ， 2 0 0 6年 原 煤 产 量 已达 2 3亿 t ， 约 占一次 能源 的 7 O 以上 。 中 国同时 也 是 世界 上 瓦 斯灾害最严重的国家 。中国煤炭资源开采的地质条 件复杂 ， 开采深度大 ， 瓦斯含量高、 煤层透气性低 ， 煤 层 瓦斯不 易在 采前 抽 采 ， 采 掘过 程 中易 发 生煤 和 瓦 斯突出事故。中国国有煤矿中高瓦斯及煤与瓦斯突 出矿 井 占 5 O 以上 ， 瓦 斯 灾 害 发 生 次 数 为 世 界 之 最 ， 煤 与瓦 斯突 出的规 模 为 几 十 吨到 上 万 吨 。瓦 斯 涌 出或煤 与瓦斯 突 出控 制 不 当 ， 将 可 能 导致 瓦 斯 爆 炸事 故 ， 从 而造 成 更大 的灾 难 。为 了 有效 地 控 制 煤 矿瓦斯灾害事故 ， 中国政府制定 了一系列 的方针和 政策 ， 并要求 全 面贯彻 “ 先抽 后采 、 监测监 控 、 以风 定 产” 的 1 2字 方针 。防止 瓦斯 事故 的发生 已成 为保 证 煤矿安全生产 的首要任务。 多年 来 ， 人 们 治 理矿 井 瓦 斯灾 害 的 主要 方 法是 加 大矿 井通风 量 ， 使 采掘 地 点 空气 中 的瓦 斯 浓度 降 低 到 煤 矿安 全规 程 规 定 的浓 度 以下 ， 因而 稳定 可 靠 的通 风系统 是保 证煤 矿安全 生产 的基 础 。多年来 与瓦斯灾 害作 战 的过 程 中 ， 人 们创 新 和应 用 了各 种 各样 的瓦斯灾 害 防治 技 术 ， 通 过分 析 这 些 技术 的特 征 ， 可 以发现这 些技 术 主要 可 以分 为两类 被动 瓦斯 防治 技术 和主 动瓦斯 防治 技术 。下 面分别 对这 两类 技术 进行 分析研 究 。 1 被 动瓦斯 防护技术 被 动 瓦斯 防治技术 的典 型特 征是不 改变煤 层 的 特性 ， 而仅仅采用负压的方式对煤层瓦斯进行抽放。 1 ． 1临近层 瓦斯 抽放 临近层 瓦斯抽 放方 法有穿 层钻 孔和顺 层巷 道两 大类 ， 其 中穿层钻孔类 又分为 回风侧、 进风侧、 迎 向 和 地 面垂 直 钻孔法 ； 顺 层 巷 道 类分 为倾 向顶板 眼 是 巷 道 、 走 向顶 板眼 是 巷 道 、 走 向顶 板 眼是 尾 巷 、 走 向 朝前 顶板 岩石 巷 道 法 。这 些抽 放 瓦 斯 方法 的前 提 ， 都是在需要进行瓦斯抽放的采煤工作面开始生产 以 前 进行 ， 为其 准备好 抽放 瓦斯 的通道 ， 包括 抽放管 道 的安装 和连接 。 图 1 钻孑 L 抽放瓦斯示意图 不 论 采 用什 么方 法 ， 由于抽 放 临 近层 瓦 斯是 卸 压 区内的瓦 斯 ， 从 而为 了保证 在 采煤 工 作 面初采 2 O 收稿 日期 2 0 0 7 0 5 2 5 作者简介 郑建平 1 9 7 O ， 男 ， 山西繁峙人 ． 本科 ， 助理工程师， 现从事煤矿生产管理工作 。 维普资讯 第 3 期 郑建平 高瓦斯矿 井主动瓦斯防治技术 m～3 0 m一段内， 能及时抽出瓦斯而又不影 响工作 面安全生产 ， 钻孑 L 或巷道的角度应布置的 比穿层 抽 放瓦斯时要偏低些、 钻孔间距要 近些 、 数量要多些 ， 以弥补这个受三角地区免压拱带来的卸压不充分的 影 响 。 1 ． 2开采煤 层 的瓦斯 抽放 开采煤层瓦斯大， 威胁着巷道掘进 和工作面回 采时的安全生产。为 了解决这一问题 ， 可以采用本 煤层瓦斯抽放的方式 ， 包括煤层预抽放和回采工作 面超前 的边 采边抽 ， 抽 放方法 主 要是 钻孔 瓦斯抽 放 。 由于我国多数煤矿是低渗透煤层 ， 因此钻孔抽放 瓦 斯在多数煤矿效果不 明显 ， 为此进一步发展 了边采 边 钻孔 超前 瓦斯抽 放 、 煤层钻 孔 注水促 进 瓦斯抽 放 、 大直径密集钻孔瓦斯预抽放等技术 。实践证 明这些 方 法对减 少煤 层 瓦斯 含 量 的 作 用非 常有 限 ， 而 注 水 抽放 会 在一定 程度 上抑 制瓦斯 的扩散 和逸 出 。 1 ． 3采 空 区的瓦斯 抽放 矿井 瓦 斯 涌 出量 平 衡表 中表 明 ， 矿井 开 采 时 期 采 空 区瓦斯 涌 出随 时 间 的增 加 而 增 加 ， 占矿 井 瓦斯 涌 出量 的 2 0 左 右 。这 给 矿井 安 全 生 产 和 矿 井 通 风带来负担 ， 有不少矿井采空区瓦斯 的涌出已影响 到相邻 的或 下部 开采 工作 面 的正 常生 产 。 采 空 区瓦斯抽 放技 术 可以采 用地 面垂 直钻 孔抽 放下部采空区瓦斯 、 采空区相邻巷道钻孔抽放 采空 区瓦斯 、 下部煤层开采时抽放上部采空区瓦斯 等技 术 。这些技术都可以有效地降低煤层 瓦斯 的浓度 ， 但抽放出的瓦斯浓度较小， 无法直接加 以利用。 2 主动瓦斯 灾害 防护技术 2 ． 1 水 力压 裂抽放 瓦斯 水力 压裂技 术 是石 油部 门油气 增产 的 主要技 术 手段之一 。通过各种形式的控制压力技术， 在油气 藏资源层内形成连续贯通 的裂缝 ， 从 而为油气的溢 出提供 尽 可能多 的渗 流通道 以及 连通 更多 的死 端孔 隙， 达到增产 的目的。这种方法对于岩石类说 ， 是非 常成功的。但煤体与一般油藏的砂岩、 页岩等岩石 的性质不同， 煤体一般为裂缝发育岩体， 而且层理与 节理均发育 ， 这一方面导致压裂形成大裂缝 的成功 率很低 。另一方面， 压裂时的高应力会导致煤体 的 压缩变形 ， 导致煤体渗透率更低。因此 ， 阳泉矿经过 大量 的压裂试验证 明， 水力压裂煤体提 高煤体瓦斯 透气 性 的技术 不可 取 。其 基本 原理 如 图 2 所 示 。 图 中灰 白色为应力集中区域 ， 亦即渗透率降低区域 ， 将 整个水力压裂形成 的渗流通道包围， 致使其它 区域 内释放 的瓦斯很 难 通过 压裂裂 缝 流 向抽 放孔 。 图 2 水 力 压 裂 煤 体 抽 放 瓦斯 示意 图 2 ． 2 水 力割 缝卸 压抽 放 瓦斯 煤体内瓦斯的释放主要与地应力和孔隙压力有 关 ， 地应力越高， 孔隙压力越大， 吸附的瓦斯越多 ， 瓦 斯 突 出 的危 险 性 就 越 大 。因 此 ， 要 想从 根本 上 解 决 煤矿的瓦斯 问题 ， 最 直接 的方法就是对煤体进行卸 压 ， 即降低煤体 内部的地应力 和孔隙压力。以太原 理 工大 学 的赵 阳升 教 授 为 首 的课 题 组 ， 提 出 了水 力 割缝瓦斯抽放技术 ， 其原理如图 3所示。采用水力 割缝 的方法 ， 在煤体下部割掉一部分煤， 从而使整个 煤层卸压 ， 在煤体 内部产生大量连通的裂缝 ， 达到降 低地应力和瓦斯压力 的作用 ， 并形成大量的瓦斯流 动通道， 从而最大限度 的使煤体瓦斯 释放 出来。这 种方 法经 过在 潞安 矿 区 的试 验 ， 被 证 明 是非 常有 效 的瓦 斯抽 放技 术方 法 。 图 3 割缝卸压抽放 瓦斯 示意 图 3 结论 煤矿 瓦斯的治理 ， 必须充分考虑到煤体 瓦斯赋 存 的本质特点 。根据这些特点制定 出适合该煤体的 瓦斯治理方法 。对于岩性接近于岩石 的煤体 ， 可 以 借用已有的油气增产 的方法来提高煤体瓦斯的抽放 率 ， 而对于疏松或较软的煤体 ， 则水力割缝卸压抽放 瓦斯是 一种 可行 的 方法 。 维普资讯 5 2 山 西煤炭 第 2 7 卷 参考文献 [ 1 ] 赵阳舞， 杨栋 ， 胡耀青 ， 段康廉 ， 冯增朝 ， 赵 岚 。低渗透煤储层煤层气开采有 效技术途径 的研究 [ J ] 煤 炭学 报， 2 6 5 4 5 5 4 5 8 ． [ 2 ] 包剑影 ．阳泉煤矿瓦斯治理技术[ M] ．煤炭工业 出版社 ， 1 9 9 6 ． [ 3 ] 林伯泉 ．影响煤 矿瓦斯抽放 的几个因素及其分析[ J ] ．煤矿安全 ， 1 9 9 9 9 1 - 6 Te c h no l o g y o f I n i t i a t i v e Pr e v e nt i o n Ga s i n Hi g h Ga s M i n e Z HENG J i a n p i n g Sh a nxi Xi nyu a n Coa l Li mi t e d Co mpa ny，Ya ng qu a n Sh a nxi 0 45 0 00，Chi n a Ab s t r a c t By d o n t r a s t i n g v a r i o u s g a s d r a i n a g e me t h o d s a n d a n a l y z i n g t h e m， t h e ma j o r me t h o d o f p r e v e n t i o n g a s ，a n d t h e b e s t e f f i c i e n t me t h o d o f g a s d r a i n a g e ，i ． e ．s l o t t e d i n c o a l s e a m a n d r e l e a s i n g p r e s s u r e wa s put f or wa r d． Ke y wo r d s g a s ；d r a i na ge；r e l e a s e p r e s s u r e；s l i t t i ng 本 文责任 编辑 刘 大为 业 坐 坐 业 上接 第 4 1页 参考文献 [ 1 ] 炉峪 H煤矿 8 煤 长壁工作面矿压研究报告[ s ] ． 2 0 0 6 ． [ 2 ] 贾喜荣编著 ．矿山岩层力学[ M] ．北京 煤炭工业 出版社 ， 1 9 9 7 [ 3 ] 张荣立 ， 何 国纬 ， 李铎 ．采矿工程设计手册[ s ] ．北京 煤炭工业 出版社 ， 2 0 0 3 [ 4 ] 钱鸣高 ， 刘听成主编 ． 矿 山压 力及其控制[ M] ．北京 煤炭工业出版社 ， 1 9 9 1 Und e r g r o u nd Pr e s s u r e Ob s e r v a t i o n a nd Ro o f Cl a s s i f i c a t i o n o f Lo n g - W a l l Fa c e i n No ． 8 S e a m o f Lu Yu k o u M i ne ZHANG Ti a n- do n g I uyuk o u M i ne of Ta i y ua n Co a 1 Ga s i f i c a t i o n Li mi t e d Cor po r at i o n，Ta i y ua n S ha nxi 0 3 00 24，Chi na Ab s t r a c t B a s e d o n u n d e r g r o u n d p r e s s u r e t h e o r y o f t h i n p l a t e r o o f i n f a c e a n d i t s o b s e r v a t i o n f o r l o n g wa l l f a c e o f No ． 8 s e a m ，u n d e r g r o u n d b e h a v i o r l a ws o f t h e f a c e we r e o b t a i n e d At t h e s a m e t i m e，t he c l a s s i f i c a t i o n o f f i r s t r o o f a n d ba s i c ma i n o ne f o r No ．8 s e a m wa s f i ni s h e d，i t p r ov de d t he s c i e nt i f i c ba s i s f o r r o o f c o nt r ol o f l o ng wa l l f a c e of No ． 8 s e a m i n Luy uk ou m i n e Ke y wo r d s l o n g wa l l f a c e ； u n d e r g r 0 u n d P r e s s u r e o b s e r v a t i o n； r o o f c l a s s i f i c a t i o n 本 文责任 编 辑 刘新光 维普资讯