煤矿瓦斯治理专利技术综述

煤矿瓦斯治理专利技术综述

发表时间：2019-08-13T16:10:03.513Z 来源：《科学与技术》2019年第06期作者：王永超

[导读] 基于近年专利文献分析煤矿瓦斯治理技术的发展脉络。

(国家知识产权局专利局专利审查协作广东中心广东广州 510530)

[摘要] 瓦斯是煤矿主要危害之一，开采时容易发生瓦斯爆炸、煤与瓦斯突出等事故，造成重大人员伤亡。瓦斯治理是煤矿安全生产重要组成部分，吸附在煤体中瓦斯，经过开采活动从煤体中解吸到空气中，出现在矿井的各个地方，如巷道风流、采空区、工作面上隅角、掘进工作面等都是重点防治区域。抽采瓦斯是瓦斯治理的主要技术手段，除此还有增透、驱替等辅助措施，瓦斯监测监控也是必不可少的。煤矿瓦斯治理向着自动化、网络化、智能化、方向发展。对抽采的瓦斯回收利用增加了经济效益。本文基于近年专利文献分析煤矿瓦斯治理技术的发展脉络。

[关键词]瓦斯治理；瓦斯抽采；专利技术；瓦斯回收

瓦斯是煤矿主要危害之一，瓦斯赋存在煤体中，开采时容易发生瓦斯爆炸，在掘进时容易发生煤与瓦斯突出等事故[1]，瓦斯事故具有突发性、范围大等特点，容易造成重大人员伤亡，如2017年河南省登封市兴峪煤矿“1•4”重大煤与瓦斯突出事故造成12人死亡，2017年黑龙江省鸡西市鸡东县裕晨煤矿“9•13”重大瓦斯爆炸事故造成10人遇难、8人受伤，2018年贵州省六盘水市盘州市梓木戛煤矿“8•6”重大煤与瓦斯突出事故造成13人死亡、7人受伤。

瓦斯治理是煤矿安全生产重要组成部分，吸附在煤体中瓦斯，经过开采活动从煤体中解吸到空气中，出现在矿井的各个地方，如巷道风流、采空区、工作面上隅角、掘进工作面等都是重点防治区域，在煤层开采前、开采中、开采后的整个生产活动中都要对瓦斯进行严防死守。煤矿企业需要在煤层瓦斯检测、瓦斯抽采、合理通风、监测监控等多方面投入大量安全生成成本，同时也可以对抽采的瓦斯回收利用，增加经济效益。

1瓦斯抽采

1.1煤层瓦斯含量检测

检测煤层瓦斯含量往往采用取芯法取样，煤体取样时要求时间短、混样少、温度低，减少煤样瓦斯解析，比如专利文献

CN109443859A。获取煤样后可以对煤样进行吸附、解吸和含量的检测，如专利文献CN109374866A。

1.2增透技术

煤层瓦斯抽采前需要对煤体内部增透施工，以加快煤层瓦斯解吸，从而增加抽采量。抽采前可以采用有水力割缝、水力压裂、静态膨胀剂等对钻孔内部进行增透，例如专利文献CN105114117A。抽采时也可以增透，如采用冷热交替、钻割交替、压抽交替、注水注气、驱替置换、协同强化等方法，例如专利文献CN106703871A、专利文献CN109356640A、专利文献CN109505565A。近年也有尝试应用电脉冲、变频振动、次声波、激光等新增透方法，比如专利文献CN107939364A、专利文献CN208534531U、专利文献CN207377600U。

1.3钻孔设置

井下抽采往往采用顺层水平钻孔，增大钻孔与煤层接触，如专利文献CN109519212A。对于浅埋深煤层还可以采用地面钻孔，从地面打垂直孔，到煤层或其裂隙层转为水平钻孔，如专利文献CN109209474A。

1.4封孔技术

瓦斯抽采钻孔为预钻孔，需要钻孔封孔，往往为固液封孔[2]面对的技术问题是封孔后裂隙发育造成泄露。封孔新技术有三堵二注、柔性封孔等，如专利文献CN204677157U，专利文献CN109339736A、专利文献CN208619079U、专利文献CN109538157A。

1.5分离放水

从煤体钻孔中抽采出来的瓦斯往往都含有水以及煤渣等杂质，需要使用放水器进行气水分离，在抽在过程中在在钻孔出口处进行放水排查，如专利文献CN208396739U、专利文献CN208389703U。送到地面进行排放或回收利用，在输送过程中输送管道往往也需要进行放水，如CN106837407A、专利文献CN208330455U。

2重点防治区域

1.1上隅角

上隅角是采煤工作面采空区漏风汇集的地方，属于工作面通风盲区，特别容易积聚瓦斯，所以上隅角是采煤工作面治理瓦斯的重中之重。风流引导、喷雾、风机吹风都是上隅角常规治理方式，有条件的矿井上隅角瓦斯也可以抽采，如专利文献CN106761580U。也有尝试采用生化手段治理上隅角瓦斯，如专利文献CN109538283A采用氧化菌对上隅角进行生物氧化消。改变工作面通风方式也改进方向之一，封闭工作面风流，构件自动化无氧工作面，避免上隅角与氧气反应，比如专利法文献CN106761747U。

2.2掘进工作面

煤层在掘进前需要预抽瓦斯，但剩余瓦斯随着掘进活动从煤体中涌出，掘进时需不断输送新风到掘进工作面[3]，若瓦斯涌出量加大还需要进一步治理，掘进工作面由于风流不均的关系也容易发生瓦斯局部聚集，专利文献CN109458212A采用甲烷氧化菌对掘进工作面局部瓦斯聚集进行处理。

2.3采空区

采空区顶板发生塌落，与其上部裂隙层均含有大量瓦斯，会影响邻近工作面以及上下相邻煤层的开采安全，抽采的瓦斯也可以回收再利用。采空区瓦斯抽采主要通过地面定向钻孔进行抽采，如专利文献CN109209474A，也可以辅助驱替等手段，如专利文献

CN106988778A，采空区一侧沿空留巷有时也需要瓦斯抽采，比如专利文献CN109339854A。

多个煤层工作面和采空区可以同时治理瓦斯，综合采用连续瓦斯抽采钻孔、瓦斯抽采巷道、走向抽采钻孔、地面钻孔、注氮驱替等多种形式，进行瓦斯分源分区立体治理，比如专利文献CN106988778A。

3监测监控

煤矿开采、瓦斯抽采、瓦斯管道输送、巷道掘进、通风等活动中都要进行瓦斯监测，数据超标及时报警、断电保护，比如专利文献

CN208476305U、CN208456577U、CN208380631U，CN107780969A。如今监测系统已具有无线化、自动化、系统化、远程化等特点，比比如专利文件CN106121726A、CN109268073A。

4回收利用

抽采的瓦斯直接排放到大气会造成浪费，还会造成温室效应，所以要尽量回收利用。高浓度瓦斯可以作为内燃机或气燃轮机燃料进行发电，比如专利文献CN109441650。低瓦斯可以通过蓄热氧化发电或供热，比如专利文献CN208398189U、CN208526264U、CN109372601U。

5总结

抽采瓦斯是瓦斯治理的主要技术手段，除此还有增透、驱替等辅助措施，抽采效果决定了煤层开采的安全性。同时瓦斯监测监控也是必不可少的，煤矿企业应有一套完整的管理制度确保监测的及时准确。瓦斯回收利用具有较高的经济效益，发电供热都是有效的输出方式，煤矿企业可以根据瓦斯实际浓度和矿井情况合理采用回收利用措施。随着科学技术的房展，煤矿瓦斯治理向着自动化、网络化、智能化、方向发展，煤矿企业充分利用现代化技术提高矿井瓦斯治理效果。

[参考文献]

[1]综放工作面-人-机环境系统相融性与安全高效开采研究,程琛,华北科技学院,2015年硕士论文

[2] 基于不同爆破致裂方式的液态二氧化碳相变增透应用研究,孙建中,中国矿业大学,2015年硕士论文

[3] 盘城岭煤矿瓦斯抽采方法的研究,刘萍 ,内蒙古科技大学,2015年硕士论文