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关注瓦斯灾害 加强基础研究

作者:朱旺喜 蒋曙光  
评论: 更新日期:2010年11月11日

  因此,为了防止瓦斯爆炸,人们现在采取的主要措施就要避免瓦斯爆炸的3个条件同时成立。矿井生产中,常规的办法,一是防止瓦斯积聚,不允许采掘空间出现瓦斯浓度超限,即采掘空间的瓦斯浓度远远低于瓦斯爆炸的最低值;二是防止瓦斯被引燃,采掘空间内不能出现火源。三是防止瓦斯爆炸事故的扩大。根本措施是前面两个。控制氧气的浓度目前不是很现实,采掘工作面的氧气浓度不能低于12%,否则无法保证人员正常呼吸的要求,氧气浓度太高容易发生燃烧和煤尘爆炸。

  三、瓦斯抽放和严格管理是避免瓦斯灾害的必要条件

  由于石油和煤炭的开采工艺不同,在化石能源的开采过程中,瓦斯爆炸主要发生在煤矿开采过程中。煤矿井工开采(相对于露天开采)是在受限空间内进行的,瓦斯安全隐患在于矿井气氛极易满足爆炸条件。

  采掘工作面的瓦斯随着工作面的生产不断地涌出,对于瓦斯涌出不太大的矿井,可以通过向工作面不断的供风将生产中产生的瓦斯稀释,并通过主要扇风机带出地面排入大气来解决采掘工作面的瓦斯问题。矿井的主要扇风机和通风网路的通风设计能力是有限的,在相当长的一段时期内是不变的,因而依靠通风排除瓦斯的能力也是一定的。随着向前掘进,巷道逐渐加长,气流因摩擦阻力作用,所要求的风机功率和压头也越来越大。随着开采深度的不断增加,机械化程度的不断提高,开采强度的不断增强,瓦斯涌出量还会进一步增大。如果发生瓦斯突出,即瞬时大量的瓦斯涌出,再大的通风能力都无济于事。尤其对于瓦斯涌出量大的矿井,光靠通风排瓦斯已经不能解决采掘工作面的瓦斯超限问题,因此,要从根本上治理瓦斯灾害,必须做到有效预测瓦斯状况,对高产矿井和高瓦斯矿井,公认的方法是进行瓦斯抽放。建立专门的瓦斯抽放系统,通过本煤层瓦斯(煤层气)预抽放,和(或)邻近层瓦斯预抽放,和(或)采空区抽放,目的就是提前将煤层中的瓦斯抽掉一部分,以减少瓦斯涌入采掘空间。这样,一是消除了瓦斯爆炸的危险,二是可以变废为宝,使瓦斯这一清洁能源得以回收利用,三是减少了瓦斯排入大气造成的环境问题。此外,控制火源也非常重要,采掘工作面内的所有电器设备必须是质量安全的或是隔爆的(需经过严格的防爆检验和安全认证);尽量避免金属物间的撞击;不使用产生静电的物品等。

  目前人们已经认识到,瓦斯以游离和吸附两种方式赋存于煤体中,而吸附瓦斯约占90%以上。这导致煤层瓦斯抽放时,其运移路线为:微孔隙裂隙表面吸附瓦斯的解吸和扩散,转变为游离瓦斯,赋存于较大的孔隙裂隙中,进而游离瓦斯渗流进入采掘自由空间。瓦斯吸附与解吸是相互为条件转化的,当游离瓦斯压强低于吸附瓦斯压强时,吸附瓦斯较快地转变为游离瓦斯,反之亦然。从这种意义上讲,降低游离瓦斯压强是瓦斯抽放的必要条件。因此。设法通过提高煤层渗透性,疏通渗流通道,使游离瓦斯排出,是瓦斯抽放的关键步骤。我国煤层大多属于低渗透煤层,致使瓦斯抽放难以实施,效果甚差。研究表明,我国煤层渗透率一般在(0.1~0.001)×10-3um2范围,国内渗透率最大的抚顺煤田也仅为(0.54~3.8)×10-3um2,渗透性比美国低2~3个数量级。按美国地面煤层气开发标准,认为煤层渗透率在(3~4)×10-3um2最佳,但不能低于1× 10-3um2。尽管在自然科学基金的资助下,探索了包括电磁等外场作用下加速解吸过程研究,采用切割增加缝隙以增加渗透性等,至今尚未发现经济有效的抽放方法。

  对于瓦斯突出,人们也提出了几种假说和模型,如"煤与瓦斯突出的综合作用假说","流变作用假说","球壳失稳理论","地应力与煤储层渗透性耦合作用假说"等,现有的研究工作极其有限,至今仍无可靠有效的预测模型。

  目前,煤炭行业对矿井瓦斯管理的方针是"以风定产、先抽后采、监测监控",明确要求矿井的产量要根据矿井的通风能力来核定,产量越大,绝对瓦斯涌出量就越大,风排瓦斯的难度就越大。对高瓦斯矿井,是不可能通过通风来解决采掘空间的瓦斯问题的,必须进行抽放。瓦斯矿井必须通过建立监测监控系统来加强安全管理。现在许多矿井都建立了矿井安全生产监测监控系统,这是提高瓦斯矿井的安全管理的最有效的辅助手段,它能直接监测井下主要采掘地点的瓦斯浓度,并将监测数据送到管理者的办公室,因而管理者可以随时掌握井下的安全情况。如果监测到井下的瓦斯浓度超限,该系统还具备自动断电的功能,防止电器火花的产生。
 

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