城建工程师谈煤矿瓦斯治理“先抽后采”技术的应用

在煤矿开采中,煤矿瓦斯事故会对生产作业人员的生命安全构成威胁,影响煤矿生产的规模以及生产效益。对此,必须采取有效的煤矿瓦斯事故预防以及治理策略,坚持安全生产技术准则,充分应用“先抽后采”理念,对瓦斯进行合理的抽采以及利用,促进煤矿行业的可持续发展。因此,对“先抽后采”在煤矿瓦斯治理中的实践应用策略进行深入研究迫在眉睫。

城建工程师谈煤矿瓦斯治理“先抽后采”技术的应用


1“先抽后采”的瓦斯治理政策分析

“先抽后采”是我国治理煤矿瓦斯,保证煤矿安全生产的一个重要方式。为了针对我国煤矿瓦斯事故问题,我国总结以往的煤矿瓦斯治理经验,于 2002 年提出了“先抽后采,监测监控,以风定产”的煤矿瓦斯治理工作方针,预防为主、关口前移,从源头上有效控制了煤矿瓦斯的浓度,大程度的减少了煤矿瓦斯事故的发生,保证了煤矿开采工作的顺利、安全、高效进行,同时也为我国煤炭行业发展模式的转变、实现环境和经济的可持续发展起到了重要的推动作用。我国在煤矿瓦斯的的抽取上,初期一般是采用先行钻孔,然后利用煤矿矿井巷道为通道进行抽取的方案, 这一方案在煤矿瓦斯的治理上获得了广泛的应用。随着现代科技和煤矿行业的发展,我国在初期的煤矿瓦斯抽取方案的基础上发展出了上百余套抽取方案,相应的瓦斯抽采系统也已经相对完善, 瓦斯抽取量达到了相对较高的水平。

2 煤矿瓦斯“先抽后采”的作用

瓦斯是一种有害气体,其主要成分为甲烷,另外,瓦斯也是一种清洁能源。在煤矿中,在高温和高压的影响下,煤炭发生变质,即可产生瓦斯,瓦斯吸附在煤炭周边,或者处于游离状态, 如果瓦斯浓度达到一定范围,则会造成瓦斯爆炸。对此,在煤矿开采过程中,必须采取有效措施,避免瓦斯爆炸事故,其中,瓦斯抽采是一种比较常见的治理方式。通过煤矿瓦斯抽采,能够在最大程度上降低瓦斯所造成的威胁,提升煤矿生产安全性。在瓦斯抽采过程中,需要选择专门的机械设备以及专用管路进行瓦斯抽离、保存和利用。通过应用瓦斯抽采技术,不仅能够对矿井起到安全防护作用,同时还可对抽离出的瓦斯进行二次利用,为人们的日常生产和生活提供更好的服务。

城建工程师谈煤矿瓦斯治理“先抽后采”技术的应用


3 我国煤矿瓦斯抽采的现状

我国目前的瓦斯抽采技术大多分为地面钻井抽采与井下抽采两种方式。后者从上个世纪开始就得到了使用,而前者能够极大的降低矿井中的瓦斯浓度,并且没有较大的投资与技术要求,已经得到了广泛的使用,是我国煤矿开采中预防瓦斯泄露的重要方式。现在我国的瓦斯抽采规模远远不足,只有工作面 600 余处, 抽采量还不足 7 亿 m³,且浓度无法满足使用要求从而得不到有效的使用。很多地面瓦斯抽采中只关注对瓦斯的抽采,很少思考开采过程中的安全效益,从而使得矿井下生产与瓦斯抽采以及其质量无法满足要求,从而使其存在潜在的安全隐患。所以,关于瓦斯抽采一定要使用最新的工艺与技术,并构建出全新的理论,最大限度的减少煤层中瓦斯含量,使得煤层开采更加安全,促进我国煤矿开采更加高效、稳定的生产。

4 煤矿瓦斯管理原则

要提高瓦斯抽放技术的使用效率,必须清楚的了解“先抽后采”的实际意义,对其有一个合理、科学的掌握。之所以强调煤气抽放技术的“先抽后采”,是为了确保开采工作的安全性。“先抽后采”中的前两个字,又被称为“预抽”,由字面意思可以理解,是指在开采或其他工作进行前,先进行瓦斯的抽出,在可行范围内将瓦斯含量降至最低,减小开采过程中的治理难度。实施“预抽”后的煤层通常被认为不存在突出危险性或突出危险性可以忽略,最大限度保障开采工作的安全性。选择抽放方法还要根据实际情况,因为不同地区的地壳构造存在差异,地质发展过程不尽相同,导致我国煤层气田构造也较为复杂,具体情况也不一致。

城建工程师谈煤矿瓦斯治理“先抽后采”技术的应用


5“先抽后采”在煤矿瓦斯治理中的实践策略

5.1 地面钻井抽采煤层瓦斯

在煤矿地面钻井前进行“先抽后采”,是 20 世纪美国所提出的煤矿瓦斯抽采技术,主要被应用于我国山西沁水盆地煤矿开采中。我国高瓦斯煤矿区域的地质结构比较复杂,并且渗透率比较低,因此,在地面钻井前实施“先抽后采”的难度比较大。对于地面钻井“先抽后采”,可分为三个阶段,具体包括完井阶段、煤层透气性改造阶段以及排水采气阶段。其中,完井阶段主要包括基岩段钻井、基岩段套管安装、固井质量检测;煤层透气性改造阶段包括射孔和压裂阶段;而排气采气阶段排水降低液面高度、更换井口设备。

5.2 抽采被保护层煤矿瓦斯

被保护层“先抽后采”煤矿瓦斯治理技术的应用范围比较广泛,并且能够达到比较好的瓦斯治理效果。在具体的应用中,在完成保护层开采后,上层覆盖的煤岩体会形成垮落带、弯曲带或者断裂带,同时,下表面的煤岩体也会产生裂缝或者变形。在煤矿保护层开采中,会破坏被保护层,被保护层处于弯曲带或者断裂带中,在被保护层断裂带上,煤岩会产生平行层理裂缝,同时还会产生斜交层理裂缝,在瓦斯抽采中,需要将瓦斯引入至平行层理方向或者斜交层理方向。在煤层在断裂带瓦斯抽采中,常用方法有倾向高位抽巷法、走向高位钻孔法、倾向高位钻孔法、走向高抽巷法、底板穿层钻孔法以及地面钻井法等等。在被保护层弯曲带,煤层会发生下沉,这样就会造成平行层理产生裂缝,因此,对于弯曲带的瓦斯抽采方式比较简单,常用方法有顶板穿层钻孔法、地面钻井法以及底板穿层钻孔法。在进行上保护层开采时,首先需要保证保护层处于底鼓变形带或者是底鼓裂缝带中, 此时煤岩裂缝的差异比较大。

5.3 井下本煤层煤矿瓦斯的抽采

为了保证煤矿资源开采能够安全稳定的进行,必须采取有效措施,对煤层中的瓦斯进行抽采以及释放。在煤矿瓦斯钻孔中, 预抽瓦斯钻孔法比较常见,在该钻孔方法的应用中,进尺比较短, 不会产生无效进尺,同时,钻孔速度比较快,能够达到良好的瓦斯抽离效果。在对煤矿煤层的巷道实施预抽瓦斯长钻孔技术时, 需要注意,在煤层巷道两侧位置,还需要钻入两个长孔,同时两个钻孔间距应控制在 5m 左右,为了保证掘进施工的顺利进行, 对于巷道与钻孔之间的距离,应控制在 10m 左右。在钻孔施工过程中,为了避免钻孔与巷道的掘进方向相偏离,同时保证巷道掘进施工的安全性以及稳定性,要求施工人员结合实际情况采用保值方式,避免钻孔轨道钻入至巷道的掘进空间中,同时不会与巷道的掘进方向相脱离。需要注意,有些煤层瓦斯含量比较高,可能会发生煤与瓦斯突出事故,对此,在巷道的掘进面上,可钻入钻孔深度较小的防凸钻孔,以此有效减少煤层中的瓦斯浓度,避免发生煤与瓦斯突出事故,进而保证巷道掘进施工的安全性。除此以外,还应注意,对于巷道掘进面的防突钻孔钻入深度,应控制在 5 ~ 10m 之间,而对于钻孔直径,应控制在 120mm 以内。

综上所述,在煤矿的生产过程中,瓦斯灾害会带来的非常巨大的危害,通过采用“先抽后采”对煤矿瓦斯进行治理,采用适当的煤矿瓦斯抽放方法,能够有效的降低瓦斯灾害发生的几率, 保证煤矿安全生产、稳定运行,同时还提高煤矿生产效率,对产业机构进行合理优化,实现节能减排的目标。



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