【摘 要】煤炭是我国应用比例最大的化石能源，但其在开采的过程中往往受到瓦斯的威胁。传统的瓦斯抽放技术及方法，仅仅保证了煤矿开采的安全，却忽略了对瓦斯的利用。煤与瓦斯共采，是近几年兴起的一种新理念，本文对煤与瓦斯共采的机理、煤与瓦斯共采新技术、煤与瓦斯共采面临的技术难点进行了论述与分析，对煤与瓦斯开采工作有一定的参考意义。
【关键词】煤与瓦斯共采；瓦斯抽采
对我国来说，煤炭作为一种化石能源，具有不可替代的地位，因为它是我国目前能源结构中所占比例最大的一种化石能源。然而，在煤炭演化形成的过程中，还生成了一种爆炸性气体——瓦斯。在煤矿开采过程中，由于瓦斯的存在，导致煤矿存在重大安全隐患。我国之所以矿难频发，就在于多数事故特别是重大事故均是瓦斯事故。但是，瓦斯作为一种高热值的清洁能源，若被人们善加利用，则在消除煤矿安全隐患的同时，还可以为煤炭产业带来增益。因此，有必要研究煤与瓦斯共采技术。
一、煤与瓦斯共采的理论基础
煤是一种复杂的有机混合物，是远古时期的植物遗体经过掩埋、压实、变质等作用后形成的固态化石燃料。煤是一种多孔介质，在煤的表面存在着许多微小的孔隙，而这些孔隙根据形状及孔径的不同，又可以分为不同种类。目前主流的区分方法是根据煤体表面孔隙孔径的不同对其分类，可分为大孔、中孔、小孔以及微孔。这些孔隙的存在使煤的比表面积很大，这就使瓦斯在煤体表面的吸附成为可能。瓦斯是煤在变质过程中所形成的，其形成后由于盖层的作用不能溢散，所以在高压的作用下，很大一部分瓦斯以吸附态的形式存在于煤的表面。因此，煤层中含有大量的瓦斯，这为煤与瓦斯共采提供了物质基础。
在煤的演化过程中，在外力的作用下，煤的原始形态往往遭到破坏，我国的煤层大多数都为构造煤，美国、澳大利亚的煤层气抽采模式在中国可行性不高，因此，必须紧密结合我国煤层赋存实际，开辟出切实可行的煤层瓦斯抽采技术路线。大量研究表明，煤层在原始状态下，由于地应力的作用，具有较高的压力，而这也是瓦斯吸附于煤体表面的原因。因此，若对煤层进行降压处理，使煤层压力下降，瓦斯就会从煤体表面脱附以游离态存在，有利于瓦斯的抽采；同时，对煤层进行卸压，会导致煤层的渗透性急剧升高。因此，对煤层卸压，是煤与瓦斯共采技术的核心手段[1]。
二、煤与瓦斯共采技术手段
煤炭开采的过程离不开对采区的规划。对于正在进行煤炭开采的采区，往往可以将其分为规划区、采动区及采空区三个部分。规划区是指已经进行开采规划但尚未采动的区域，采动区是指正在受采动影响的区域，采空区是指煤层已经开采、地层已经稳定的区域。三区联动，所指的就是规划区、采动区、采空区联合瓦斯抽采，其核心思想是“一井三用”。
（1）规划区瓦斯抽采
规划区瓦斯抽采，其最主要的抽采方法是地面井进行抽采。对于地面井而言，它的部署方法有着多样性，例如，羽式井、丛式井、水平井、直井等，都是地面井的布置形式。规划区瓦斯开采方法主要是在地面部署井位，终孔位置为目标煤层，钻井完成后使用石油套管固井，之后对井底进行技术处理，技术处理的常见手段有压裂完井、射孔完井、TRD射孔完井、裸眼完井等。做好井底处理工作后，由于井筒内存在水柱压力的作用，此时不会有瓦斯从井口冒出，这就需要缓慢排水降压排采瓦斯。排水降压是瓦斯抽采的关键技术，其压降的速率直接影响到储层裂隙的形态，若排采不慎则有可能造成裂隙堵塞，使瓦斯产量大幅降低。若排水降压成功，则煤层瓦斯缓慢解吸，形成气态并沿煤层裂隙向抽采井运移，最终通过抽采井流出地面加以利用。
（2）采动区瓦斯抽采
采动区由于采动的影响，地层压力急剧降低，同时地层产生大量裂隙，有利于瓦斯的抽采。在煤矿开采中，为了保证采煤安全，经常采用开采保护层的方法进行开采，开采保护层后，在采动影响下，大量裂隙在被保护层中产生，解吸的瓦斯在裂隙中流动，最终被抽采利用。采动区的抽采方式主要有采动区地面井、井下长钻孔、高抽巷抽采瓦斯等不同技术手段。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆采动区地面井，是指在地面部署钻井，其终孔位置在采动区裂隙带内；井下长钻孔，是指在井下布置钻场，向采动区附近煤层进行长距离钻孔，进行瓦斯抽采；高抽巷瓦斯抽采，是指在采动之前就在工作面煤层上方裂隙带位置布置一条巷道，在巷道内向煤层打穿层钻孔，预抽煤层瓦斯；在采动过程中，通过高抽巷抽采裂隙带内的瓦斯。
（3）采空区瓦斯抽采
从传统意义上来讲，采空区瓦斯抽采，其主要手段是依靠采空区埋管进行。现在已有新的技术，如地面直井抽采采空区瓦斯、井下穿层钻孔抽采采空区瓦斯等。采空区埋管抽采瓦斯，是指在工作面推进的过程中，在两巷预先留瓦斯抽采管路，当工作面向前推进后，预埋的管路进入采空区，抽采采空区的瓦斯。地面直井抽采采空区瓦斯，是指在地面部署直井，其终孔位置在“O”型圈内，利用“O”型圈内的瓦斯流动对采空区瓦斯进行抽采。井下穿层钻孔是指在井下钻场向钻场下方采空区布置钻孔，抽采采空区瓦斯的技术手段[2]。
在长远规划中，经常用到“一井三用”的技术，是指在煤矿区规划区部署地面井，在较长时间内对瓦斯进行抽采，降低煤层瓦斯压力，使煤层瓦斯处于一个较为安全的水平。在对煤层进行开采时，使用常规瓦斯治理方法进行采煤，在预先部署的地面井进入采动区范围内时，则这些地面井可以抽采到因采动卸压而解吸的瓦斯。在工作面推过地面井后，则地面井可对采空区瓦斯进行抽采。三区联动瓦斯抽采方法着眼于大局，一井三用，节约了开采成本，但其在技术上面临一些难题，如怎样保护地面井在采动过程中不受损坏等，这种技术仍需完善。
3煤与瓦斯共采技术面临的技术难点
煤与瓦斯共采，其根本是在煤层开采的同时抽采出煤层中的瓦斯。瓦斯抽采的关键，就是对地层应力分布规律以及裂隙发育规律的掌握。具体说来，煤与瓦斯共采目前面临以下难点。
（1）地层应力分布规律的研究[3]。在原始条件下，地层应力分布均匀，但在煤层开采后，地层应力会受到剧烈的扰动，而这种扰动有利于煤层瓦斯的抽采。而上文中提到，地层应力的降低十分有利于瓦斯的抽采，因此，掌握地层应力分布规律，对瓦斯抽采井的布置有指导意义。
（2）瓦斯浓度分布规律的研究。原始煤层中，瓦斯含量一般在80%以上。但在经历了开采扰动之后，大量空气进入采空区以及裂隙带。因此，对瓦斯浓度分布规律的研究，有助于抽采高浓度瓦斯。
（3）对低浓度瓦斯的处理。低浓度瓦斯由于运输效率较差且安全性不高，不易于长距离运输以及利用。因此，在煤矿区对抽采出的低浓度瓦斯进行处理，可以提高瓦斯利用效率，有利于煤与瓦斯的共同利用。
（4）对工程成本的控制。传统的瓦斯治理技术成本较小，但收效不大；新型瓦斯治理技术往往有着较好的效果，但其工程成本也较大，导致很多煤矿不愿意采用新的瓦斯治理技术。例如，瓦斯立体抽采技术，就是一种效果很好但成本很高的技术。因此，降低瓦斯抽采工程成本可以促进煤与瓦斯共采的新技术在实践中更好地运用。
4结论
本文从理论出发，论述了煤与瓦斯共采的机理，之后对几种煤与瓦斯共采新技术进行了介绍，分析了这些技术的特点以及应用中的局限性，最后提出了煤与瓦斯共采所面临的技术难点，对今后的煤与瓦斯共采研究及实践工作有一定的参考意义。
参考文献：
[1]袁亮.卸压开采抽采瓦斯理论及煤与瓦斯共采技术体系[J]. 煤炭学报, 2009(1):1-8.
[2]吴财芳, 曾勇, 秦勇.煤与瓦斯共采技术的研究现状及其应用发展[J]. 中国矿业大学学报, 2004, 33(2):137-140.
[3]袁亮, 薛俊华, 张农,等. 煤层气抽采和煤与瓦斯共采关键技术现状与展望[J]. 煤炭科学技术, 2013, 41(9):6-11.
作者简介：管辉（1987.08-），男，江西乐安人，助理工程师，硕士研究生，主要从事矿业工程安全监督管理及技术服务、工程验收、质量评定等工作
论文作者:管辉
论文发表刊物:《低碳地产》2016年7月第14期
论文发表时间:2016/11/10
标签：瓦斯论文; 煤层论文; 采空区论文; 裂隙论文; 技术论文; 是指论文; 地面论文; 《低碳地产》2016年7月第14期论文;