摘 要:安全技術管理的實踐經驗,在集約高效,安全文明生產方面的顯著成效。包括瓦斯、煤與瓦斯突出、粉塵、火災、爆炸的防治技術,并對近期煤礦安全技術的工作提出建議。
??????? 關鍵詞:煤礦;安全技術管理;實施; 瓦斯;水力壓裂
??????? 我國煤炭資源豐富,而煤層賦存條件、地質構造復雜,自然發火、高瓦斯、煤與瓦斯突出煤層多,致使煤礦生產中安全問題復雜化,而且,隨著采掘深度的加大,高產高效礦井的發展,煤礦又面臨著許多新的安全技術問題。
??????? 因而煤炭行業是關系我國國家經濟命脈的重要基礎產業。然而,煤炭行業又是我國安全生產形勢最為嚴峻的行業之一,預防和控制煤礦重特大事故的發生,促進煤礦安全生產形勢的根本好轉已成為國家和政府層面上急需解決的重大問題,也是我國安全生產工作的核心任務。在所有煤礦災害事故中,尤以瓦斯事故為重,其中主要以煤與瓦斯突出以及由瓦斯超限而造成的瓦斯爆炸為最主要的表現形式。近年來,雖然煤礦瓦斯防治工作已取得階段性成效,但仍沒有從根本上遏制重大瓦斯事故的發生,2008年全國共煤礦發生瓦斯事故182起,死亡778人,其中較大瓦斯事故63起,死亡290人;重特大瓦斯事故18起,死亡352人〔1〕。瓦斯災害已成為制約高效集約化開采技術發展和安全生產的最重要因素,常規或單一的瓦斯災害防治技術已不能滿足煤礦高效安全生產的需要,強化瓦斯抽采才是防止瓦斯災害事故最有效的根本途徑。針對我國煤層賦存條件復雜,瓦斯抽采率低的特點,提出利用井下水力壓裂技術和地面采動井抽采與常規的井下瓦斯抽采相結合的綜合瓦斯治理新思路,以供商榷。
??????? 1瓦斯災害防治技術評析
??????? 1.1瓦斯治理存在的問題及解決思路
??????? 我國煤儲層構造復雜,且煤層多強烈變形〔2〕,多數煤田煤體構造破碎嚴重,Ⅲ、Ⅳ類煤所占比例較重,煤質松軟、堅固性系數偏小,煤層透氣性低,滲透率一般在(0.001~0.1)×10-3μm范圍內,瓦斯抽采效果不佳,造成瓦斯治理困難。而且隨著采掘活動向縱深延伸,煤層瓦斯賦存以“三高一低”(高應力、高瓦斯壓力、高瓦斯含量及低滲透性)為主要特征,常規的瓦斯抽采技術難以發揮作用,抽采率低下,抽采效果不明顯,瓦斯事故仍時有發生,因此,采用強制增透的瓦斯治理和井上下聯合抽采的綜合治理措施勢在必行。新版的《防治煤與瓦斯突出規定》第6條明確規定:“防突工作堅持區域防突措施先行、局部防突措施補充的原則。突出礦井采掘工作做到不掘突出頭,不采突出面。未按要求采取區域綜合防突措施的,嚴禁進行采掘活動。”目前,煤與瓦斯突出防治主要有開采保護層、水力壓裂和鉆孔抽采3種技術措施。根據規定,對具有保護層開采條件的煤層應優先開采保護層使煤層整體卸壓、消突;但對于不具備保護層開采條件的、單一、低透氣性煤層,在實施防突措施時,水力壓裂與井下常規瓦斯抽采技術相結合就顯的尤為重要了。
??????? 因井下瓦斯抽采須與煤炭開采工序相協調,很難保證在抽采瓦斯、降低工作面瓦斯超限壓力的同時還達到煤炭高效開采的要求,常造成抽、掘、采接替緊張,而且各種井下抽采方法或多或少均存在一定的局限性,如煤礦井下順煤層長鉆孔抽采效率高、成本較低,但順層鉆孔施工經常遇到卡鉆、噴孔等工程技術難題,尤其是在突出松軟煤層,鉆孔成孔率很低;穿層鉆孔抽采方法抽采效率高,但必須輔助開挖頂板或底板巖巷進行抽采設備布置和鉆孔施工,工期長、工程成本高;保護層卸壓抽采面臨著卸壓效果和工程施工風險的難題等〔3〕。若僅通過增強井下瓦斯抽采技術和規模來解決突出和瓦斯超限的問題,不僅影響企業煤炭產量,瓦斯治理成本也將大大增加,抽采效果也受到限制。而地面采動井抽采則是一種抽采瓦斯、解決煤礦井下瓦斯超限難題的新方法,其施工在地面進行,不影響煤炭回采,在采區回采前便可以完成,同時可以連續進行采前預抽、采動抽采和采空區抽采,從而可實現對煤層瓦斯的全過程抽采和控制。
??????? 1.2井下水力壓裂技術
??????? 分析認為水力致裂的機理主要為:通過高壓驅動水流壓入煤中原有的和壓裂后出現的裂縫內,擴寬并伸展這些裂縫,進而在煤中產生更多的次生裂縫與裂隙,以便更好地溝通天然裂隙,增加煤層的透氣性。煤礦水力壓裂技術分地面和井下2種,因地面水力壓裂因不夠靈活方便、成本高、壓裂效果不明顯而沒有推廣開來。目前井下水力壓裂應用效果較好,主要以河南省煤層氣開發利用有限公司自主研發的“煤礦井下定向壓裂增透消突成套技術”為主流,該技術可在井下充分利用現有的開拓工程,針對不同煤層瓦斯地質條件編制不同的壓裂方案,實施不同的壓裂工藝,真正做到“一面一策”、“一孔一策”。該技術不同于煤層注水,在壓裂液中添加有一定濃度的表面活性劑,不僅可更好地濕潤煤體,而且可改變煤體的力學特性,更多地采排瓦斯;現場工業試驗表明:該技術的實施起到了區域瓦斯治理的目的,可明顯降低煤與瓦斯突出、煤塵爆炸和煤層自燃的危險性,提高瓦斯抽采效果;為低透氣性、無保護層開采的煤層區域瓦斯治理和利用開創了一條新途徑。
??????? 對于條件好的礦井,在實施水力壓裂技術時,為更多地抽采煤層瓦斯,達到煤層氣開采利用的目的,可利用泡沫壓裂液實施壓裂技術。泡沫壓裂液具有靜液柱壓力低、濾失量小、攜砂性能好、助排能力強、對地層傷害小等優點〔4〕,在相同條件下,可更好地提升壓裂效果,但其成本較高。對于煤層壓裂而言,一般選擇CO2泡沫壓裂液為主,這是因為CO2對煤的吸附能力比CH4強,在實施壓裂時可更多地置換出吸附態的煤層瓦斯。
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