1、煤与瓦斯共采技术发展与应用的初步认识山西省地勘局二一三地质队 任大陆 2014.9.24摘要：瓦斯一直是制约我国煤矿安全生产的重大难题。由瓦斯引起的煤与瓦斯突出、瓦斯爆炸等事故对人们的生命财产安全构成了巨大威胁，也严重影响了煤矿的正常生产。煤与瓦斯共采是广大煤炭科研工作者根据我国煤炭及瓦斯赋存特点提出的一套全新的理论技术体系,其着眼点是解决我国煤炭资源开采中灾害频发和优秀资源浪费等问题。关键词：瓦斯；煤与瓦斯共采瓦斯一直是制约我国煤矿安全生产的重大难题。由瓦斯引起的煤与瓦斯突出、瓦斯爆炸等事故对人们的生命财产安全构成了巨大威胁，也严重影响了煤矿的正常生产。特别是煤与瓦斯突出时可能会引起的瓦斯爆
2、炸事故，会造成更大范围、更大程度的危害。在近几年的特别重大事故中此类事故占据了多数，也引起了社会的高度关注。长期以来，高瓦斯及突出矿井对于瓦斯问题采用的是排放、抽放措施，不仅浪费了在瓦斯中占主要成分的甲烷气体（一种清洁、高效的能源），而且由于甲烷的温室效应更甚于二氧化碳，而对大气环境造成严重污染。因此，能够将瓦斯（煤层气）视为宝贵资源进行有效利用而又避免煤与瓦斯突出、瓦斯爆炸等事故发生的煤与瓦斯共采理论与技术，也就日渐丰富和完善起来。煤与瓦斯共采技术可分为地面抽放技术和井下抽采技术。一方面，这两类方法不断进行着自身理论基础与工程技术的改进，另一方面也相互结合、补充，以便更好地进行瓦斯资源的开发
3、与利用。由于我国含煤地层一般都经历了成煤后的强烈构造运动，煤层内生裂隙遭到破坏，煤层渗透率普遍较低，这一特点决定了我国地面开发煤层气的难度很大。因此，利用井下采掘巷道，通过有效利用煤层采动影响后煤层渗透率提高的抽采技术和方法也就得到了较多的研究和广泛应用。20 世纪 50 年代，辽宁抚顺矿区就已经开始了井下瓦斯抽放工作，至今已有 50 余年的历史，形成了较为完善的抽采方法体系。瓦斯抽采方法按相对煤层开采时间可分为：采前抽采、采中抽采、采后抽采；按煤层开采空间关系可分为：本煤层抽采、邻近层抽采。多年的工程实践表明，利用保护层开采抽采煤层瓦斯具有最显著的效果。此技术原理是通过“首采煤层”的开采，在
4、煤系地层中产生“卸压增透增流”效应，形成瓦斯“解吸-扩散-渗流”活化流动的条件并通过合理高效的瓦斯抽采方法和抽采系统，实现瓦斯资源的高效抽采。对于保护层开采瓦斯抽采方法，由于所抽瓦斯来源、层间距离不同，可将其分为近程、中程和远程抽采方法，以能够更合理地利用保护层开采抽采被保护层的卸压瓦斯。保护层开采卸压瓦斯抽采的机制、方法在高校、科研院所及煤矿技术人员多年的研究和工程实践中已经较为成熟，在全国各个矿区进行了广泛应用，取得了显著的经济及社会效益。煤层气地面开采是煤层气井的排采过程。原始地层条件下，煤储层中煤层气主要以吸附状态存在，其储层压力大致等于水头压力，当开采初期进行排水降压之后，煤层气开始
5、解吸、扩散、渗流，通过孔隙、裂隙通道由高势能向低势能方向流动。这时煤层气井开始产气，并经历产量上升期、稳定期和下降期后完成排采过程。从 20世纪 90 年代初开始，我国引进现代煤层气技术进行勘探开发，在39 个地区施工 180 口煤层气参数或参数试验井，对全国范围内的资源、分布及储层参数条件有了一个概貌性的认识，基本明确了在当前的经济技术条件下煤层气工作的重点有利地区。10 余年持续的勘探实践在获得资源及其开采技术条件认识的同时,也积累了丰富的勘探技术经验，对关于煤层气勘探开发各个方面的规程规范和技术标准进行了编制,这些标准为制定勘探开发战略和勘探开发规划提供了重要依据。从我国总的煤层气渗透率
6、分布来看，我国的绝大部分煤层气储层属于低渗透储层，这使得我国煤层气难以得到有力地开发。因此，需要在科学技术上有进一步的突破，以有效开发低渗透储层的煤层气。这些年来，我国一方面对国外成熟的煤层气地面开发技术加以引进，积极开发开采条件好、储量丰富地区的煤层气资源，并在抚顺、阳泉、晋城等矿区取得了显著效果；另一方面，与我国多年的井下瓦斯治理经验相结合，提出了煤与瓦斯共同作为资源进行开采利用的理念，并通过具有不同特点的瓦斯抽采方法组成抽采体系，实现瓦斯资源的高效抽采。煤层气勘探开采试验已经全面展开，井下瓦斯抽采也形成了体系并进行了规模抽放，二者结合将形成一整套属于煤与瓦斯共采的基础理论和技术体系，从而
7、真正实现煤与瓦斯共采，以更好地利用煤与瓦斯资源。 由于我国深部煤层普遍具有低渗透性、强吸附、高瓦斯（瓦斯压力高、瓦斯含量大）的特点，造成国外的理论与技术不适用于我国煤层赋存在条件，至今没有形成适合我国的煤与瓦斯共采理论与技术体系。具体而言，我国深部煤与瓦斯共采具有三大特征：（1）深部复杂环境：深部采掘导致地应力重分布，时空关系复杂多变，高应力释放、转移以及强卸荷作用引起的煤岩体破碎、块度分布极其复杂；且大范围开采对煤岩体形成反复扰动，使煤岩体经历多次变形、破坏过程，其介质属性十分复杂。（2）高强度集约开采：现代大型矿井大多采用装备功率大、重型化、高可靠性的先进采煤装备，集约开采的大空间快速推进
8、的长壁开采对煤岩体形成强烈开采扰动，尤其是对于深部一矿一面集中开采的千万吨级矿井而言，强烈开采扰动更是浅部开采和其他岩土工程不能比拟的，导致瓦斯运移富集规律呈现极度复杂的特点，瓦斯抽采技术也面临新的挑战。（3）高瓦斯、低渗透、强吸附：我国深部煤层普遍具有地质构造复杂、煤层松软和渗透率低、瓦斯含量高和瓦斯压力大、但吸附强和解吸速度慢，使得瓦斯解吸及其在煤层中的运移十分困难，而且低渗透煤层瓦斯吸附、解吸、扩散、渗流运移过程表现出相互制约和非线性渗流等突出特点，国外先进理论和技术不能完全适应我国低渗透煤层瓦斯的抽采。“深部、高强、低渗”这三大特征构成了当今深部煤与瓦斯共采的主题。结束语：煤与瓦斯共采
9、是广大煤炭科研工作者根据我国煤炭及瓦斯赋存特点提出的一套全新的理论技术体系,其着眼点是解决我国煤炭资源开采中灾害频发和优秀资源浪费等问题。自这一技术体系提出以来,广大科学工作者进行了大量的、卓有成效的研究工作,并取得了一系列的研究成果。煤与瓦斯共采是针对煤炭和既能导致矿井灾害又为清洁能源的瓦斯共同开采提出的全新技术体系，其目的是既解决煤炭开采过程中的瓦斯灾害、又提高瓦斯这种清洁能源的收集与利用效率。但是,煤与瓦斯共采技术体系尚存在大量急需研究解决的核心理论与技术问题,且这些问题的解决直接关系着煤与瓦斯共采技术体系理论系统的完善及其在现场应用。相信在广大科研工作者的共同努力下,我国煤与瓦斯共采技术体系一定能够尽早得到完善,并真正成为解决矿井瓦斯灾害和利用新型清洁能源的最有效的途径之一。
