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煤矿瓦斯治理问题及解决技术探析【摘要】瓦斯灾害是制约煤矿高效集约化开采技术发展和安全生产的重要因素，常规或单一的瓦斯灾害防治技术不能满足需要。本文在分析目前煤矿瓦斯治理存在问题的基础上，提出了利用井下水力压裂技术和地面钻井抽采技术与常规的井下瓦斯抽采技术相结合的瓦斯治理综合措施。 【关键词】煤矿；瓦斯治理；水力压裂；地面钻井；采动井 在煤矿矿井建设中，瓦斯事故占发生的安全事故比重较大，其中以煤与瓦斯突出以及由瓦斯超限而造成的瓦斯爆炸为最主要的表现形式。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，常规或单一的瓦斯灾害防治技术已不能满足煤矿高效安全生产的需要。本文针对强化瓦斯抽采才是防止瓦斯灾害事故最有效的根本途径。针对我国煤层瓦斯抽采率低的特点，提出利用井下水力压裂技术和地面钻井抽采技术与常规的井下瓦斯抽采相结合的综合瓦斯治理新思路，以供探讨。 1.瓦斯治理存在的问题及解决思路 我国煤储层构造复杂，且煤层多强烈变形，多数煤田煤体构造破碎严重，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，瓦斯抽采效果不佳，造成瓦斯治理困难。 随着采掘活动向纵深延伸，煤层瓦斯赋存以“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，常规的瓦斯抽采技术难以发挥作用，抽采率低下，抽采效果不明显，瓦斯事故仍时有发生，因此，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势在必行。 目前，煤与瓦斯突出防治主要有开采保护层、水力压裂和钻孔抽采3种技术措施。根据规定，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。但对于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就显的尤为重要。 因井下瓦斯抽采须与煤炭开采工序相协调，很难保证在抽采瓦斯、降低工作面瓦斯超限压力的同时还达到煤炭高效开采的要求，常造成抽、掘、采接替紧张，而且各种井下抽采方法或多或少均存在一定的局限性，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，钻孔成孔率很低。穿层钻孔抽采方法抽采效率高，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，工期长、工程成本高，保护层卸压抽采面临着卸压效果和工程施工风险的难题等。 若仅通过增强井下瓦斯抽采技术和规模来解决突出和瓦斯超限的问题，不仅影响企业煤炭产量，瓦斯治理成本也将大大增加，抽采效果也受到限制。而地面采动井抽采则是一种抽采瓦斯、解决煤矿井下瓦斯超限难题的新方法，其施工在地面进行，不影响煤炭回采，在采区回采前便可以完成，同时可以连续进行采前预抽、采动抽采和采空区抽采，从而可实现对煤层瓦斯的全过程抽采和控制。 2.井下水力压裂技术 煤矿水力压裂技术分地面和井下两种，地面水力压裂因不够灵活方便、成本高、压裂效果不明显而没有推广开来，目前井下水力压裂应用效果较好。该技术可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，真正做到“一面一策”、“一孔一策”。该技术不同于煤层注水，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，而且可改变煤体的力学特性，更多地采排瓦斯。 现场工业试验表明:该技术的实施起到了区域瓦斯治理的目的，可明显降低煤与瓦斯突出、煤尘爆炸和煤层自燃的危险性，提高瓦斯抽采效果，为低透气性、无保护层开采的煤层区域瓦斯治理和利用开创了一条新途径。 3.地面钻井抽采技术 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瓦斯抽采新技术。该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，通过预裂或者采动影响增强煤层的透气性，从而使得瓦斯能够尽可能多的经由煤岩体的裂隙网络通道和钻井直接抽采到地表，以达到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。 地面采动井一般均可做到采前预抽、采动抽采和采空区抽采，“一井三用”，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其透气性的特点增强瓦斯抽采率、缓解通风压力，采空区抽采主要是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涌出的量，解决回采工作面瓦斯超限的难题。该方法是提前将预采高瓦斯煤层中的瓦斯进行释放并加以利用，降低煤层中的瓦斯含量，从根本上解决煤矿瓦斯事故。 地面采动井的布孔位置直接关系到后期抽采效果的好坏，在满足总体抽采效能的同时，其布孔位置宜选取采场中间位置，以尽可能增加使用寿命。在倾斜煤层情况下，考虑到重力方向的