浅谈复杂地质构造区域瓦斯治理实践
河南能源焦煤集团瓦斯治理工程公司 ， 河南 焦作 454100
【摘要】瓦斯一直以来都是煤矿采掘过程中的重大安全隐患，尤其在复杂地质构造区域的煤矿生产中，随着采掘深度的增加，瓦斯威胁也更加突出。论文通过对复杂地质构造区域瓦斯涌出的因素以及治理途径进行研究，旨在为煤矿采掘产业的安全稳步发展提供有效的思路，推动煤矿生产的安全、快捷、高效。
【Abstract】Gas has always been a major safety hazard in the process of coal mining, especially in the production of coal mines with complex geological structure. With the increase of the excavation depth, the gas threat becomes more prominent. This paper researches the factors of gas emission in the area of complex geological structure and the ways to control it, aiming at providing effective ideas for the steady development of coal mining industry and promoting the safety, speed and efficiency of coal mine production
【关键词】复杂地质构造；瓦斯治理；实践
【Keywords】complex geological structure; gas control; practice
【中图分类号】TD712 【文献标志码】A
1 引言
煤矿采掘工作面的安全生产是矿井工作的关键，复杂地质构造区域存在着高瓦斯及每层易燃性的特点，瓦斯超标将会引起爆炸等严重灾害事故，对矿井作业人员有极大的安全风险。我国安全生产管理机构对复杂地质构造区域瓦斯治理实践始终秉承着监督与技术革新并举的管理方式，通过对瓦斯涌出因素的深入探究和分析，总结出具有高产、高效、安全等优势的煤矿采掘技术，能够显著地控制瓦斯涌出的影响。
2 复杂地质构造区域对瓦斯涌出的影响
2.1 断裂构造特性对瓦斯的影响
断裂构造是复杂地质区域的重要特点，断裂地质对瓦斯的分布产生较大的自然影响。煤矿的矿井如果处于断裂地质构造区域中，则会为瓦斯涌出提供便利条件。断裂构造在矿井采煤作业过程中的不断扩大，能够为瓦斯涌出形成自然的通道。矿井断裂层中聚集的大量瓦斯会沿着断裂缝隙扩散出矿井，使得煤层当中的瓦斯含量降低[1]。
2.2 顶底板岩性对瓦斯的影响
顶底板岩性的密实度会影响到瓦斯在煤层当中的扩散效果。如果顶底板岩性密度较大，会使煤层顶底板形成良好的密闭空间，瓦斯的扩散不明显，瓦斯会贮存于煤层顶底上，造成矿井中瓦斯含量过高。当煤层顶底板岩层较为疏松时，就为瓦斯扩散创造了较好的条件，一般这类顶底板岩性的煤矿层瓦斯含量较低。
2.3 煤的变质程度对瓦斯的影响
不同复杂地质结构中的煤碳具有不同的变质程度。煤矿井中的煤变质过程中会释放一些半生气体，半生气体中含有大量的瓦斯元素。煤矿中的瓦斯含量会随着煤变质而发生变化，经过测量可知，煤层变质程度越高，产生的瓦斯量也就越大。由于煤炭本身成颗粒状，颗粒之间会形成大量的孔洞，孔洞增加的同时也使煤层的表面积扩大，而煤层表面具有吸附瓦斯的性质，从而导致煤矿井内瓦斯含量增加。随着矿井采煤过程的延长，煤层深度会显著提高煤层吸附面积，从而使瓦斯含量也逐渐提高[2]。
2.4 煤层埋深对瓦斯的影响
煤矿采掘时会将煤层分为深煤层和浅煤层，煤层的深浅差异对瓦斯也有着直接影响。在深煤层开采过程中，由于煤层所受到的底层压力较大，煤层颗粒之间的缝隙被最大程度压缩，使煤层表面积减少，从而瓦斯的吸附水平也会随之降低。在稳定的地质压力作用下，深煤层的瓦斯含量一般会保持在一个相对稳定的程度，瓦斯扩散或者游离程度也较低，不利于瓦斯浓度的降低。在煤矿采掘作业中发现，由于深煤层的透气性较差，因此瓦斯含油量普遍较高。
3 复杂地质构造区域瓦斯治理途径
3.1 穿层钻孔预抽瓦斯治理
穿层钻孔预抽瓦斯治理措施中，通过将强压力下的水引入到煤矿总，水在压力下会渗透到煤层当中，使煤层颗粒变得松散，形成较多的煤层缝隙。这些缝隙能够为瓦斯扩散稀释起到良好的效果。目前，在煤矿工作面上，能够通过穿层钻孔方式提高瓦斯抽出数量，但由于注水压力在矿井中难以保证均衡，使压裂孔的局部形成空白带，尤其是在复杂构造地质区域当中，穿层钻孔预抽瓦斯要经历较长时间才能够显著降低瓦斯含量。
3.2 双向联合瓦斯治理
双向联合瓦斯治理方法中，是水压方式将煤层进行外力断裂，并同时进行缝隙分割操作。双向联合治理瓦斯中，需要采用高压水对煤层中的瓦斯进行抽采，高压水的压裂孔之间的距离一般要保证在一百米左右。当压裂孔完成煤层压裂效果后，为了提高瓦斯抽采效率，可以再利用高压水将压裂缝隙进行分割扩张，使压裂孔的瓦斯抽采数量明显提升。使用高压水隔缝时，要综合考虑煤层的深度及厚度，煤矿中的压裂孔一般要呈矩形方阵排列，大大缩短了瓦斯治理的达标期限。
3.3 工作面回采瓦斯治理
3.3.1 上隅角瓦斯治理
工作面回采瓦斯治理中，可以充分利用通风装置，使煤矿中形成风巷。风巷上隅角的瓦斯能够在通风方式下得到有效稀释。经过研究发现，通风设计应当采用曲面型和尾排联合结构，采煤工作面要预留煤墩，可以在风巷中形成保护作用。在上隅角瓦斯治理中要设立一个禁区，这个区域不能进行煤层开采工作，从而能够在尾排和回风过程中降低上隅角瓦斯浓度，实现瓦斯治理目标。
3.3.2 卸压瓦斯治理
由于煤矿受到不断采掘的影响，矿井内部始终处于动态情况，煤层内包含的瓦斯会随着采煤作业而突然涌出，对采煤作业带来极大风险。利用卸压瓦斯治理方式，将煤矿内部划分为瓦斯释放区域和瓦斯聚集区域，使用钻机装置对瓦斯聚集区域进行钻探施工，使瓦斯聚集的压力得到缓解。钻孔在回采工作面中要位于煤层的顶板位置，实现冒落带及煤层卸压瓦斯。
4 结语
复杂地质构造区域瓦斯治理是提高煤矿采掘过程安全性的重要要求，复杂地质构成中，由于断裂构造、顶底板岩性、煤的变质程度、煤层埋深等因素都会对瓦斯聚集、存储和涌出等造成直接影响。因此，可以通过穿层钻孔预抽瓦斯治理、双向联合瓦斯治理和工作面回采瓦斯治理的等技术手段，将煤矿内含有的瓦斯进行有效的抽采，减低矿井瓦斯浓度，实现煤矿产业的安全、高效生产目标。
【参考文献】
【1】王媛.山西龙泉煤矿瓦斯赋存的地质控因及深部瓦斯预测[D].中国矿业大学,2019.
【2】廖文涛.上覆和下伏煤岩体采动条件下瓦斯运移规律及抽采治理[D].中国矿业大学(北京),2018.
