浅谈三软煤层瓦斯治理技术

浅谈三软煤层瓦斯治理技术
摘要：煤层瓦斯是地质作用的产物，瓦斯的形成、运移、赋存和富集与地质条
件密切相关，并受到地质条件的制约。

影响瓦斯赋存的地质条件，主要有含煤岩
系的沉积环境，岩性组合特征，煤层顶、底板岩性及其隔气、透气性能，煤的变
质程度，区域地质构造，水文地质条件，岩浆作用，以及埋藏深度等。

本文主要
探讨三软煤层瓦斯的治理。

采用科学的深孔注水与浅孔注水相结合的方式，增大
供风量，松帮让压等行之有效的措施进行综合治理，消除了瓦斯隐患，确保了掘
进施工的安全和进尺。

关键词：三软煤层；瓦斯；治理
随着煤矿开采技术的不断进步，特别是对重点开采技术的运用，使煤矿企业
工作效率和安全生产水平得到较大的提升，并效促进了煤矿企业在新时期下的快
速发展。

但是，由于煤层瓦斯给矿采的安全带来诸多危险，瓦斯泄漏或爆炸，不
但危险到矿工的生命和财产安全，而且对煤矿企业及社会经济建设也带来重创。

因此，加强瓦斯治理，提高瓦斯治理技术是当前煤矿开采中的一项最为紧迫的任务。

一、煤矿瓦斯存在特征
瓦斯是煤矿在井下挖掘中所产生的有害气体的总称。

它的产生和来源主要有
四个方面：一是煤层和围岩之间存在自然释放到矿井中的气体；二是在矿井生产
过程中所产生的气体。

主要有爆破、内燃机运行时所产生的气体；三是来源于空
气和煤、岩矿物、支架和其他一些材料之间通过运动或化学反应而产生的气体；
四是放射性物质在脱变过程中所产生的气体，或者地下废水所放射出的含有氡、
氦及一些有害气体。

从四种情况看，尤其是第一种危害性更大，由于它来源于有
机质在煤化过程中产生并赋予强烈的可燃性的气体，煤矿将此气体称之为有机源
气体；所有火成岩侵入碳酸盐，一旦受热就会分解生成二氧化碳，并通过断层溢
出到煤井中。

煤矿瓦斯形成和产生的浓度是不同的，多数瓦斯是来源于煤层中的
自然气体，而且危害最大的就是煤矿瓦斯中的甲烷，从本质上讲，煤矿瓦斯就是
煤矿甲烷。

甲烷是一种无色无味，是特别易燃易爆的气体，对人呼吸有强烈的危害，危害性相当于氮，很容易使人窒息。

甲烷分子直径为0.41mm，其扩散速度
是空气的1.34倍，涌向煤矿生产空间中的瓦斯能迅速扩散到矿井风流中。

甲烷在巷道断面内的分布取决于巷道壁附近有无瓦斯涌出源。

在通常情况下，由于甲烷
具有强烈的扩散性，在融入空气后，就会均匀混合，而且不会因密度比客气轻而
上漂浮、聚积。

如果没有煤矿瓦斯出现时，大道小巷断面内甲烷的浓度是均匀分
布的；当有煤矿瓦斯涌出时，甲烷的浓度就开始呈不均匀分布的情况，在有煤矿
瓦斯大道小巷壁附近，甲烷就比较活跃，浓度也比较高。

在煤矿的开采挖掘中，
时常在巷道顶、底部、冒落区顶部、工作面及煤壁积存瓦斯，这些现象并不是由
于甲烷的密度比空气小，而是说明这些地点有瓦斯源涌出。

二、煤矿巷道挖进中容易出现的安全问题
由于煤矿挖掘开采中瓦斯存在的特殊性，瓦斯成为煤矿企业生命和财产的最
大危害之一。

由于在挖采中，煤层的埋藏会变的越来越深，煤化的程度也就越来
越高，随之而来煤层的透气性就越来越低，使吨煤瓦斯含量也随之增加。

在挖进
破煤与落煤时，就不可避免涌出大量瓦斯，严重时出现瓦斯浓度超限，危及生命。

由于三软煤层中的煤层顶板、煤质、低板均比较绵软，所以较容易出现片帮
和冒顶。

许多老矿井挖掘工作面煤层顶、低板都非常的绵软，而且多为较厚的灰
质泥岩、砂质泥岩和炭质泥岩，并且煤层的埋藏深度比较深，矿山压力又越来越大，极容易造成巷道变形，出现片帮和冒顶，严重时给瓦斯抽放带来困难。

三软
煤层厚度和坡度变化较快，煤层赋存稳定性较差，均不利于安全产生，因此，解
决煤矿挖掘开采的安全问题，是摆在煤矿企业工作、产生中的一项最重要的工作。

三、煤矿瓦斯安全治理措施
煤矿瓦斯治理，是煤矿企业的一项艰巨而持久的任务。

要结合煤矿实际，优
先采用区域瓦斯治理技术，煤层群条件下应优化开采程序，从设计源头上选择保
护层，确保保护层开采和被保护层卸压瓦斯抽采工作的顺利进行；要突出防止危
险发生能力，突出矿井的新水平、新采区应编制防突专项设计，防突专项设计与
新水平、新采区设计一并编制；重点突出煤矿企业根据矿采区特点设计的“四个成套，三个超前”，突出开拓、准备、抽采、回采四大区域的系统成套，统一协调、科学管理；突出开拓区域超前准备区域、准备区域超前抽采区域、抽采区域超前
回采区域的工作思路，要分别设计地面高、低浓度两套瓦斯抽采系统，系统设计
能力要超过实际需要能力的2-3倍。

其具体治理措施应从以下几个方面开展：（一）对工作面煤层进行科学注水，构件系统完整的技术体系
对工作面煤层进行注水，是一种比较简单有效的煤矿瓦斯治理方法。

在实际
开采中，煤矿通常进行工作面煤层注水，由于水进入煤层后，会使煤层面发生变化，最明显的是水进入煤层会使工作面附近的煤体出现破碎，可使原始煤体快速
湿润，短暂性改变煤的力学性质，增强煤体的可塑性和柔和性，改变了煤体的疏
松度。

可大范围的减小煤体内部的应力集中和瓦斯扩散速度，使煤体应力变的均
匀和缓和，应力峰值会转向煤体深处，降低产生面的应力集中系数，并且在挖掘中，确保煤体弹性改变速度放慢。

与此同时，注水可以堵塞瓦斯流动的通道，将
部分瓦斯向煤体内部挤压，不但提升了煤体的承受力，而且还降低了瓦斯破碎的
概率。

但是，对工作面煤层进行注水，也有其不利的一面，水注入煤体后，往往
会造成瓦斯排放困难，因此，在煤层注水时不能盲目进行，要科学、合理注水，
才能较好达到预期目的。

由于煤矿瓦斯治理是一项复杂的系统工程，因此需要一套完整的技术体系，
主要要有先进适用的瓦斯治理技术和装备、可靠的安全系统、科学的管理方法，
并能使其有机结合。

在系统可靠的前提下实现瓦斯治理的超前规划、同时设计、
同时施工、采前抽采、效果达标，使高瓦斯突出煤层能够在低瓦斯状态下生产。

在生产过程中能够对整个过程进行智能跟踪、实时预警，并给出可靠的处置预案。

（二）实行穿层孔预抽，全面杜绝瓦斯超限
由于三软煤层表现松软，对煤层实施钻孔施工后，难能保证其质量，往往出
现塌孔、堵孔形象，严重影响到瓦斯的抽放。

因此，煤矿在挖采中，需要在煤层
低板设置岩石集中巷，在岩巷设置钻场向煤层施土钻孔，并利用25-40m的较厚
低板岩石作安全屏障，改变三软煤层难成孔、易塌孔的现象，逐渐进行岩孔、煤
孔的打钻，直到煤层顶板。

对打好的孔眼进行水力冲孔，冲孔结束后需要连接抽
放管道，必须进行超前预抽。

在煤炭挖采过程中，防止打钻时突然涌出大量瓦斯，煤矿企业需要精密设置孔口瓦斯收集装置，使每一个孔口都安装上套管，并连接
在抽放管路上，这样可以将孔口涌出的瓦斯抽掉，防止瓦斯聚集超限。

全面杜绝瓦斯超限，是采煤工作中一项及其重要的工作。

由于采煤是一项逐
步推进的工作，随时间和采煤量的增加，煤层巷道逐渐变深，瓦斯浓度也会逐渐
增加，会由原来的0.23m/min增加到0.50m/min，回风流瓦斯浓度也会增大，一
旦掘进工作面出现片帮冒顶，瓦斯涌出量就会瞬间增大，浓度会超过1%的要求。

因此煤矿企业应根据采煤实际情况，及时更换风机，风量最少需要增加到
500m/min，确保回风流瓦斯浓度不超过0.5%，杜绝瓦斯超限。

（三）通过风镐落煤法减少涌出量，提前释放瓦斯浓度
煤矿企业要根据三软煤层较软和瓦斯涌出量较大的问题，积极推行风镐落煤
施工办法，虽然风镐落煤法落煤数量较少，但落煤速度均匀，使瓦斯均匀涌出，
减少了瓦斯聚集量，较好控制因爆破造成的瓦斯浓度升高和超限现象，不但缓解
瓦斯浓度升高带来的危险，还克服了瓦斯与掘进中存在的矛盾。

提前释放瓦斯浓度，是将防患于未然，将问题解决于萌芽状态的最有效方法。

采煤在掘进过程中，如果煤层突然变厚，瓦斯涌出量就会随之增大，当瓦斯接近0.5%时，如果遇到煤层松软顶板破碎的情况，很容易发生片帮冒顶，这样瓦斯就
会迅速增大，浓度就可能出现超限。

因此，为保障安全产生，煤矿企业必须采取
提前释放瓦斯浓度，减少挖掘中的瓦斯涌出量。

四、煤矿治理技术推广应用前景
一采用本煤层卸压区钻孔抽放技术和聚氨酯封孔工艺。

本煤层卸压区钻孔抽
放技术能较好分流本煤层内蕴藏的高含量瓦斯，是针对性治理本煤层高含瓦斯最
有效方法之一，同时也是克服回采工作面制约生产力问题最直接的方法。

聚氨酯
封孔工艺具有凝固时间短、膨胀倍数高、寿命长等优点，因此使用聚氨酯封孔工艺，对提高封孔质量起到关键性作用。

二是高位抽放与高位岩石顶板钻孔抽放技术，是处理三软不稳定煤层下瓦斯
排放的最佳方法。

此技术管理环节简单灵活，具有抽放效率高，经济合理、安全
可靠等特点，在三软厚煤层放顶煤回采面瓦斯治理工作中具有广阔前景。

五、结论
由此可见，对于三软煤层挖掘开采，只要采用科学有效的瓦斯治理措施，就
能效降低瓦斯的浓度，避免瓦斯爆炸的发生。

煤矿企业必须保证掘进期间的安全
产生。

总之，做好煤层瓦斯治理工作，是煤矿企业常抓不懈的最重要的工作。

只
有将风险下降到最低，只有实现安全产生。

才能真正提高煤矿企业的经济效益，
才能促进煤矿企业的全面发展。

参考文献：
[1].艾自创.三软突出煤层瓦斯综合治理技术[J].中州煤炭，2013.8
[2].刘海瑞、郭魏魏.低透气三软煤层瓦斯综合治理技术研究[J].中州煤炭，2012.3
[3].乔马东.浅谈三软煤层瓦斯治理技术[J].中国科技纵横，2013.15
作者简介：
王星星（1990-04），男，汉族，陕西延安人，助理工程师，大学本科，现就
职于陕西日升矿业工程有限责任公司，主要从事煤矿采掘技术管理工作。