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试论低透高瓦斯煤层群安全开采关键技术摘要：瓦斯是一种爆炸性气体，对井下员工的生命安全有很大的危害性。
而高瓦斯突出矿井经常会发生瓦斯爆炸事故，会给煤矿企业带来巨大的经济损失和人员伤亡。
因此需要采取有效措施确保高瓦斯煤层群的安全生产，本文主要针对低透层高瓦斯群为研究对象，对一些常见的安全开采关键技术进行探讨。
关键词：高瓦斯煤层全安全开采技术一、低透高瓦斯煤层群的概况随着煤矿的开采量不断提高以及煤矿开采深度的不断增加，地质条件的复杂性使得煤矿生产的安全性要求也越来越高，所以如何有效解决低透高瓦斯煤层群安全开采过程中的瓦斯灾害，为矿井生产提供有力的安全保障，成为了人们关注的焦点问题。
但是瓦斯作为一种经济、环保的高效能源，可以给生产生活带来许多便利，因此对于瓦斯的处理问题不单单是依靠抽放的方式避免瓦斯灾害给矿井生产带来的威胁，更重要的是在改善矿井生产的同时合理的开发利用这种燃料资源。
现阶段煤矿与瓦斯共同开采技术是对传统瓦斯治理技术的一种革新，从低透高瓦斯煤层群中抽采利用瓦斯已经进入了矿井生产的正常工艺流程。
从而有效的提升矿井生产的经济效益和社会效益。
二、低透高瓦斯煤层群开采的关键技术在对低透高瓦斯煤层群进行开采的过程中，需要采取有效的措施来预防瓦斯爆炸事故的发生。
以下就对低透高瓦斯煤层群开采的关键技术进行具体分析：（一）瓦斯的合理利用由于矿井中的瓦斯是客观存在的，尤其是在低透高瓦斯煤层群当中瓦斯灾害更加需要引起重视，所以要防止瓦斯爆炸事故的发生，主要目的就是通过抽放来减小煤体中赋存的瓦斯含量，即切断瓦斯涌出的源头或者减少瓦斯来源。
而且对于低透高瓦斯煤层来说，瓦斯抽放的效果显得尤为重要，为了能够增加瓦斯的回收利用率，需要将传统抽放的方式改为全面卸压开采抽采瓦斯的方法。
卸压开采抽采瓦斯的技术要点如下：（1）低透高瓦斯煤层群保护层开采卸压抽采瓦斯在低透高瓦斯煤层群当中，保护层的开采和瓦斯抽采是解决危险煤层与瓦斯突出和实现安全生产的有效措施。
★企业天地★快速推广瓦斯抽采利用新技术———“低透气性煤层群无煤柱煤与瓦斯共采关键技术现场推广会”侧记本刊记者 康淑云 初夏的淮南,绿色怡人、温暖舒适。
2008年5月25日,由中国煤炭学会和煤炭瓦斯治理国家工程研究中心共同主办的“低透气性煤层群无煤柱煤与瓦斯共采关键技术”现场推广会,在鲜花簇拥的淮南矿业集团会议中心隆重召开。
这不是一般意义的技术推广会,这是保障矿工生命安全,促进全行业安全高效生产的重大技术推广会。
中国煤炭学会理事长,中国煤炭工业协会党委书记、副会长濮洪九专程赶来,我国煤炭行业采矿专业的5位院士(常印佛、钱鸣高、周世宁、张铁岗、宋振骐)一并到齐,全国几乎所有的瓦斯治理抽采专家全部汇集于此;新华社、中央人民广播电台、科技日报、中国安全生产报等权威媒体也都齐聚淮南。
1 科学求索:寻找最佳的瓦斯抽采新技术2008年5月25日,淮南矿业集团会议中心座无虚席。
来自全国煤炭行业各企业的200多名代表和主席台上的十几位专家学者、领导们一起,参加了这次“低透气性煤层群无煤柱煤与瓦斯共采关键技术现场推广会”。
首先,让我们了解一下该课题的研发背景和科研人员为此付出的努力。
我国大多数煤矿区瓦斯赋存具有低压力、低渗透率、低饱和度及非均质性强的“三低一强”的特性,尤其是低渗透率和非均质性,很不利于瓦斯的直接抽采。
1991年以来,国内外有关企业和科研院所等在安徽两淮煤田都进行过煤层气勘探评价工作,施工过14口井,煤层气抽采效果均不理想。
淮南矿区是我国地质条件复杂、灾害频发煤矿区典型代表,煤层赋存特征为高瓦斯煤层群,煤层瓦斯含量高,煤质极松软,煤层透气性低(渗透率为01001mD),瓦斯压力大(高达612M Pa)。
目前淮南矿区内大部分生产矿井的开采深度已达-700～-1000m,且开采深度正以每年20～25m的速度增加,新建矿井首采区多在距地表800m以下深度,未来10年面临的煤与瓦斯突出威胁增加、软岩支护、采空侧小煤柱地压及地温等问题将日趋严重,深部开采面临着巨大的安全技术挑战。
科技成果——低透气性煤层群无煤柱煤与瓦斯共采关键技术适用范围截止2008年12月底，该技术已在两淮矿区的9个煤矿16个采面工作面成功推广应用，正在推广应用此项的矿区有重庆能源集团、冀中能源集团、辽宁铁煤集团、山西华晋焦煤集团等，此项技术可覆盖煤炭行业领域3亿吨左右的煤炭开采量，节约煤炭生产成本10亿元。
技术原理基于大量现场矿压测试和三维数值模拟分析得出沿空留巷存在明显的阶段性矿压特征，研究指出不能简单地描述沿空留巷处于低值应力区，在受工作面采动影响的留巷过程中存在一个强烈的应力调整期，这一时期留巷帮顶出现显著的剪切应力集中，合理的巷内支护形式应适应这种剪切破坏，抗剪切能力强的新型高性能锚杆组合支护配合新型巷内辅助加强支架，具有很好的适应性。
关键技术（1）首次提出了无煤柱煤与瓦斯共采技术原理；（2）创建了无煤柱沿空留巷Y型通风钻孔法煤与瓦斯共采技术体系；（3）系统地研究并获得了Y型通风采空区的流场与瓦斯浓度场；（4）创新性的提出了无煤柱沿空留巷Y型通风煤与瓦斯共采技术；（5）提出了煤与瓦斯共采覆岩卸压、渗透率分布以及瓦斯抽采动态运移三个基本规律模型。
技术流程针对我省淮南矿区煤层瓦斯赋存条件复杂多变的总体背景，以矿井深部开采安全保障技术及装备为研究主线，立足于降低煤矿重大瓦斯事故和开发有效防治新技术和装备的根本目的，完成了六个方面的研究内容，分别为：深部矿井强突出煤层区域预抽消突技术、打钻技术、快速揭煤防突技术、卸压开采技术研究；低透气性煤层地面钻井抽采瓦斯技术研究；深井煤与瓦斯突出的机理及动力学理论研究；微震监测及煤与瓦斯突出预测预报技术研究；深部开采通风系统结构、模式及技术装备；深部矿井瓦斯赋存规律的研究。
此六项研究内容分为三个层次，分别为理论与基础研究、监测与预报技术研究以及抽采消突及装备研究。
主要技术指标研制出强突出煤层打钻防喷装置和瓦斯含量法预测突出危险快速取样装置。
建立深部煤矿瓦斯地质区域分布及采动影响区瓦斯流动场理论、高瓦斯低渗透性煤层高效抽采瓦斯技术和瓦斯综合治理成套技术；低透气高瓦斯煤层卸压瓦斯抽采率达到50-60%。
煤层瓦斯抽采效果影响因素分析及技术对策赵旭生;刘延保;申凯;巴全斌【摘要】根据瓦斯抽采理论和现场实践,分析认为煤层瓦斯非稳定流场、低渗透性、封孔气密性、钻孔塌孔、孔内瓦斯流动状态和钻孔布置参数等是影响钻孔瓦斯抽采效果的主要因素,基于以上影响因素,系统总结了提高钻孔瓦斯抽采效果的技术途径为:煤层开采卸压、煤层致裂增渗(包括预裂爆破、CO2爆破、水力压裂)、扩大钻孔影响半径(提高钻孔直径、水力割缝、水力扩孔、水力冲孔等)、采用新型封孔工艺、改善钻孔瓦斯流动状态(合理负压分布、下筛管等)和优化钻孔布置参数等.【期刊名称】《煤矿安全》【年(卷),期】2019(050)001【总页数】5页(P179-183)【关键词】瓦斯抽采;低渗透性;抽采效果;瓦斯防治;技术途径【作者】赵旭生;刘延保;申凯;巴全斌【作者单位】中煤科工集团重庆研究院有限公司,重庆400039;瓦斯灾害监控与应急技术国家重点实验室,重庆400039;中煤科工集团重庆研究院有限公司,重庆400039;瓦斯灾害监控与应急技术国家重点实验室,重庆400039;中煤科工集团重庆研究院有限公司,重庆400039;瓦斯灾害监控与应急技术国家重点实验室,重庆400039;中煤科工集团重庆研究院有限公司,重庆400039;瓦斯灾害监控与应急技术国家重点实验室,重庆400039【正文语种】中文【中图分类】TD713近年来，我国的瓦斯抽采技术取得了突飞猛进的发展，瓦斯抽采从单一的保障煤矿安全生产发展到了采煤采气一体化的综合立体开发利用。
同时，随着国家加强对煤矿瓦斯抽采管理、煤炭产量的提升，煤矿瓦斯抽采量逐年上升，2016年井下煤矿瓦斯抽采量达128亿m3、利用量48亿m3。
然而，我国瓦斯赋存条件区域性差异大，多数地区呈低压力、低渗透、低饱和特点，规模化、产业化开发难度大，随着开采深度的增加，井下抽采难度仍然不断加大。
“十三五”期间，煤炭行业加快推进化解过剩产能，要完成2020年井下煤矿瓦斯抽采量140亿m3的规划目标，势必要通过瓦斯抽采新技术的应用来实现。
高瓦斯低透气性煤层深孔爆破增透技术马小涛1,李智勇1,屠洪盛1,孙璐璐1,隋晓东1,2(11中国矿业大学矿业工程学院,江苏徐州221008;21长春吉煤集团,吉林长春130022)[摘 要] 通过理论分析和芦岭煤矿Ⅱ1048工作面现场工程试验,给出了高瓦斯低透气性深孔爆破增透技术的基本原理、钻孔布置、爆破及工艺设备等具体参数。
深孔爆破后,增大了钻孔瓦斯有效抽放半径和高瓦斯煤层渗透性,成倍地提高了瓦斯抽放率,而且降低了煤与瓦斯突出的危险性,从而有效地解决了高瓦斯突出煤层采掘工作面瓦斯超限和煤与瓦斯突出问题。
[关键词] 高瓦斯;低透气性煤层;深孔爆破;增透技术;瓦斯抽放[中图分类号]T D71216 [文献标识码]B [文章编号]100626225(2010)0120092202Technology of D eep 2hole Bl a sti n g for M agn i fy i n g Perm eab ility i n Coal Seamw ith H i gh M ethane 2con ten t and L ow Perm eab ility[收稿日期]2009-07-09[作者简介]马小涛(1984-),男,安徽宿州人,硕士研究生,从事采煤方法与工艺研究。
高瓦斯低透气性煤层赋存具有低压力、低渗透性、低饱和度及非均质性强的“三低一强”特性,尤其是低渗透性,给高瓦斯煤层瓦斯直接抽采带来众多技术难题。
深孔爆破增透技术是通过爆炸载荷的作用,在煤层中形成压碎区和裂隙区,并通过控制孔的作用,进一步扩大裂隙区的范围,从而使煤层松动,透气性增大,有效地卸载地应力和瓦斯压力,增加了瓦斯抽采量,最终保证煤矿安全生产。
1 深孔爆破增透技术原理及工艺参数透气性较低的高瓦斯煤层,必须采用专门的措施来增加煤层的透气性,才能有效地抽出瓦斯。
国内外使用方法有:煤层注水、水力压裂、水力割缝、深孔爆破和酸液处理等。
《煤层气（瓦斯）抽采理论与防治》课程论文2014-2015学年第二学期保护层卸压开采低透瓦斯煤层原理分析摘要：针对高地应力、低渗透性煤层，如果临近煤层为低瓦斯煤层时，采用保护层卸压开采，可以有效改变瓦斯煤层围岩应力状态，提高瓦斯渗透性；在保护层开采时打高位钻孔抽放卸压瓦斯，可减少回风巷与上隅角瓦斯浓度，保证工作面安全。
关键词：保护层开采；低渗透性；高位钻孔；瓦斯抽放Abstrat: The coal seam is with high in-situ stress and low permeability. if there is a coal seam with low gas, we can useprotective seam mining to change rock stress state of gas seam and increase permeability. When protective seam mining ,we can use high drilling to absorb relief gas from protected seam.The results show that concentration of gas is decreasing at return air road way and the upper corner, the safety a efficiency of recovery are ensured.Keywords: protective seam mining; low permeability; high drilling; gas drainage随着我国煤炭开采深度的不断增加，高瓦斯和煤与瓦斯突出矿井越来越多。
随着煤层埋藏深度的增加，地应力不断加大，煤层的渗透性逐渐降低，煤层的塑性不断增加，使沿着煤层打钻困难，煤层预抽瓦斯效果差[1]。
安徽理工大学科技成果——深井高瓦斯低透气性煤
层揭煤防治瓦斯灾害成套技术
技术领域煤矿安全
主要技术内容及特点
深部煤层地应力增大、瓦斯升级、地压、地温问题日趋突出，深部矿井瓦斯治理问题已经成为制约煤矿安全高效生产的世界性难题。
主要研究内容如下：
（1）深部井巷揭穿煤层井巷围岩应力分布特征及强化增透卸压效应研究：揭示了深孔预裂爆破应力波在煤层内的传播、应力叠加、衰减等传播过程及爆破产生的裂隙圈形成、发展和裂隙圈的扩展范围，探索煤层深孔控制爆破强化增透卸压效应。
（2）新型强化增透爆破器材、工艺和成套设备研制：研制出了提高煤层透气性的专用深孔I型和II型爆破药管及成套设备，创造性的提出了一套适用于各类突出煤层的爆破孔设计与布置，控制孔的设计与布置，装药、封孔、爆破等技术规范与工艺。
（3）松软煤体加固技术：成功的研究出了金属骨架注浆加固松软煤体的方法和工艺，在井巷揭煤巷道轮廓线外圈筑起钢管、混凝土和松软煤体“三体合一”的保护圈。
（4）深井井巷安全高效揭煤成套关键技术：成功的研究出了微震监测、松软煤层“爆破强化增透”、“松动卸压煤体加固”、钻孔“截流抽采”、“先抽后揭”安全高效揭煤成套关键技术。
主要技术经济指标
I型爆破药管为穿层爆破药管，对煤层的松动半径4-5m，II型爆破药管为顺层定向切割煤层药管，对煤层松动范围12m以上，在钻孔内传爆距离达60m以上，大幅提高瓦斯抽采纯量，瓦斯抽采达标时间缩短1/2。
试论低透高瓦斯煤层群安全开采关键技术摘要：瓦斯是一种爆炸性气体，对井下员工的生命安全有很大的危害性。
而高瓦斯突出矿井经常会发生瓦斯爆炸事故，会给煤矿企业带来巨大的经济损失和人员伤亡。
因此需要采取有效措施确保高瓦斯煤层群的安全生产，本文主要以低透层高瓦斯群为研究对象，对一些常见的安全开采关键技术进行探讨。
关键词：高瓦斯煤层全；安全开采；技术
abstract: the gas is a kind of explosive gas, in the life of the employees of the safety great harm. and gas outburst mines often happen gas explosion, will give coal mine enterprise to bring the huge economic loss and casualties. so the need to take effective measures to ensure the safety of coal seam gas of production, this paper mainly through stories of low gas as the research object, to some common safety mining key technology are discussed.
keywords: all the coal seam gas; safety mining; technology 中图分类号：p624.8文献标识码：a 文章编号：
一、低透高瓦斯煤层群的概况
随着煤矿的开采量不断提高以及煤矿开采深度的不断增加，地质条件的复杂性使得煤矿生产的安全性要求也越来越高，所以如何有效解决低透高瓦斯煤层群安全开采过程中的瓦斯灾害，为矿井生产提供有力的安全保障，成为了人们关注的焦点问题。
但是瓦斯作
为一种经济、环保的高效能源，可以给生产生活带来许多便利，因此对于瓦斯的处理问题不单单是依靠抽放的方式避免瓦斯灾害给矿井生产带来的威胁，更重要的是在改善矿井生产的同时合理的开发利用这种燃料资源。
现阶段煤矿与瓦斯共同开采技术是对传统瓦斯治理技术的一种革新，从低透高瓦斯煤层群中抽采利用瓦斯已经进入了矿井生产的正常工艺流程。
从而有效的提升矿井生产的经济效益和社会效益。
二、低透高瓦斯煤层群开采的关键技术
在对低透高瓦斯煤层群进行开采的过程中，需要采取有效的措施来预防瓦斯爆炸事故的发生。
以下就对低透高瓦斯煤层群开采的关键技术进行具体分析：
(一)瓦斯的合理利用
由于矿井中的瓦斯是客观存在的，尤其是在低透高瓦斯煤层群当中瓦斯灾害更加需要引起重视，所以要防止瓦斯爆炸事故的发生，主要目的就是通过抽放来减小煤体中赋存的瓦斯含量，即切断瓦斯涌出的源头或者减少瓦斯来源。
而且对于低透高瓦斯煤层来说，瓦斯抽放的效果显得尤为重要，为了能够增加瓦斯的回收利用率，需要将传统抽放的方式改为全面卸压开采抽采瓦斯的方法。
卸压开采抽采瓦斯的技术要点如下：
（1）低透高瓦斯煤层群保护层开采卸压抽采瓦斯
在低透高瓦斯煤层群当中，保护层的开采和瓦斯抽采是解决危
险煤层与瓦斯突出和实现安全生产的有效措施。
由于保护层透气性较低，直接对原始煤层进行瓦斯抽采不仅需要布置密集的钻孔、而且抽放时间长，效果不佳。
此外，传统的低透高瓦斯煤层群开采技术主要是以自然排放的方式消除瓦斯灾害，这种方法显然不利于瓦斯的有效利用。
通过对保护层的实际情况进行分析可以发现，煤层开采的过程中破坏了岩体周围的结构，此时支承压力、支承边界条件、顶板悬露面积都在发生变化，沿着煤层开采的方向由于受到支承压力的影响，顶、底板岩层需要经过压缩、膨胀等过程，从而产生顶板冒落以及下沉现象，并且伴随着大量裂缝的产生，此时瓦斯可以迅速流动并汇集到岩体裂隙区域内，因此可以通过卸压抽采的方式，把瓦斯抽采钻孔布置在裂隙区内，由于瓦斯具有浮动性和渗流性，大量的瓦斯会沿岩体裂隙通道汇集在一起，从而在岩体环形裂隙圈内形成瓦斯积存库。
吧抽采钻孔布置在裂隙区内可以降低保护层工作面回采过程中的瓦斯涌出，实现保护层工作面的安全回采，又可以降低保护层的瓦斯压力和含量，变高瓦斯突出危险煤层为低瓦斯无突出危险煤层，实现了煤矿与瓦斯资源的高效利用。
保护层开采结构示意图如下所示：
图1 进风巷和回风巷示意图
（2）低透高瓦斯煤层群保护层开采卸压范围
保护层开采卸压范围是影响矿井安全生产的重要因素，距离保护层的距离越近，膨胀变形的程度越大，此时可以进行充分卸压并且能够获得理想的保护效果。
通过岩体力学的主要参数以及煤矿开
采的数据资料模拟开采空间顶板冒落以及裂隙发育的特征，根据岩层移动理论以及数据分析的方式确定出裂隙区域的具体方位。
通常可以按照沿走向顶、底板应力分布的规律以及沿倾向顶、底板岩体应力分布的规律。
其中沿走向顶、底板应力分布的规律是指低透高瓦斯煤层群上保护层开采时需要沿着煤层走向的卸压范围向深度
方向收敛，而下保护层的开采则需要沿着煤层走向的卸压范围向高度方向发散，并且确保岩体应力状态呈左右对称的形态；沿倾向顶、底板岩体应力分布的规律主要是指在开采低透高瓦斯煤层群上保
护层以及下保护层时，倾向卸压方向的应力分布呈不对称状态。
开采上保护层是沿煤层倾向的卸压范围向深度方向收敛，且下山侧的倾向卸压角大于上山侧的倾向卸压角；开采下保护层是需要沿着煤层倾向的卸压范围向高度方向发散，且下山侧的倾向卸压角小于上山侧的倾向卸压角。
（二）严格执行低透高瓦斯煤层群的瓦斯监控以及管理
保持低透高瓦斯煤层群矿井巷道良好的通风效果，也可以有效地避免瓦斯爆炸的发生。
加强通风的有效措施包括：合理的选择通风系统，并对低透高瓦斯煤层群巷道内的通风情况进行科学规划，确保每一个工作区域都有足够风量，最大限度的降低瓦斯浓度。
虽然低透高瓦斯煤层群瓦斯的抽采以及通风设施都已经准备到位，但由于管理者疏于管理对瓦斯监控制度执行不严，也容易导致瓦斯事故的产生。
这就要求管理者必须严格落实煤矿企业安全生产的主体责任，完善瓦斯监测监控系统，加大对现场的安全监管力度，进一
步健全“通风可靠、抽采达标、监控有效、管理到位”的煤矿瓦斯综合防治工作体系。
三、结束语
综上所述，低透高瓦斯煤层群由于受到环境因素的影响，给煤矿开采工作带来了很大的技术难度，再加上瓦斯含量较高容易产生瓦斯灾害，这些都严重制约了矿井生产的良性发展，因此有必要采取针对性的措施提高低透高瓦斯煤层群开采的安全性以及高效性。
本文针对低透高瓦斯煤层群的地质特点，重点分析了卸压开采技术，该方法能够增加煤层的透气性，并且通过卸压可以是瓦斯大量聚集在岩体的裂隙区，这样一来就可以进行集中抽采以提高治理瓦斯效果以及煤矿开采的安全性。
参考文献：
[1] 吴世跃;煤层气与煤层耦合运动理论及其应用的研究[d];东北大学;2006年.
[2] 黄旭超;林青;程丽;陈宴勤;;关于远距离上保护层开采卸压保护角的确定[j];煤炭工程;2010年04期.
[3] 惠功领;煤矿深部近距低采高上保护层开采瓦斯灾害协同控制技术[d];中国矿业大学;2011年.
[4] 李庆军;近距离煤层群开采煤层自燃预测研究[d];西安科技大学;2010年.
[5] 惠功领;煤矿深部近距低采高上保护层开采瓦斯灾害协同控制技术[d];中国矿业大学;2011年.
注：文章内所有公式及图表请以pdf形式查看。
