刘军见

(山西省煤炭工业厅煤炭资源地质局，山西 太原 030045)

在我国一次能源消费中，煤炭所占据的比例达到70% 左右，其对我国社会经济的发展起着至关重要的作用。而在煤矿生产过程中，煤矿瓦斯灾害时有发生，其不仅会对煤矿的正常开采产生影响，而且还会危及工作人员的身体健康和生命安全。因此，需要对煤矿瓦斯灾害进行分析，并在此基础上为其制定一套针对性的防治技术，这样不仅可以有效降低煤矿瓦斯灾害的发生，而且还能够保护相关人员的生命安全。

1 煤矿瓦斯灾害概述

1.1 煤矿瓦斯组成成分

通过对煤矿瓦斯进行分析发现，其成分主要包括CH4及其同系物，同时还含有不同量的N2、H2、CO2及稀有气体，其中N2移动速度较小，CO2易溶于水，因此在接近地面的瓦斯中，具有相对比较高的N2和CO2含量。

1.2 煤矿瓦斯爆炸条件

1) 高温热源。通常情况下，瓦斯引燃温度一般为650 ℃和750 ℃。

2)氧气。其在煤矿瓦斯灾害中起到一定的助燃作用，如果新鲜空气中氧气的浓度超过12%时，就有可能出现瓦斯爆炸现象，而且该条件在煤矿开采过程中很容易达到。因为在煤矿正常通风情况下，氧气浓度会维持在20%以上。

3)瓦斯浓度。在新鲜空气中，瓦斯浓度的爆炸界限在5%～16%范围内。在煤矿开采阶段，煤体中所涌出的气体不是单一的沼气，其中还包含有一定浓度的重碳氢合物，当分子量比较重时，其瓦斯具有相对比较低的爆炸下限。

2 煤矿瓦斯爆炸和传播机理

在进行煤矿开采时，需要对煤矿瓦斯爆炸和传播机理进行全面、系统的分析和研究，通常情况下，瓦斯爆炸的过程通常是在外界热源激发下甲烷气体所发生的剧烈热化学反应。通过对煤矿瓦斯化学动力学进行分析可以更好地了解和掌握甲烷爆炸阶段所发生的各种反应。实际上，甲烷爆炸点火阶段将会诱发一系列的基元反应组合，并发生支链型链式反应。大量的理论分析和实验研究发现，煤矿开采阶段瓦斯爆炸一般是以冲击波的方式传播，并随着传播时间和空间的推移，而使冲击波的结构出现一系列的变化。在起始阶段，煤矿瓦斯爆炸主要是以爆燃波方式传播，但是当甲烷气体完全燃烧后，则会以单纯空气冲击波传播。在煤矿瓦斯爆炸传播方式上，在一般条件下，瓦斯爆炸冲击波主要是以爆燃波形式传播，但是在一些特殊条件下，其可以转化为爆轰波，见图1[1]。

图1 煤矿瓦斯事故图

3 煤矿瓦斯灾害防治技术分析

3.1 矿井通风技术

在进行煤矿开采时，借助矿井通风技术可以实现对矿井瓦斯浓度的有效稀释，但是目前我国大部分高瓦斯突出矿井都或多或少存在风流调节空难、通风系统复杂、风量不足、稳定性差与风流控制难度较大等问题，其会影响矿井的通风效果。要想使上述问题得到有效解决，则需要适当增加矿井的供风量和进回风巷道，选择更大功率的通风设备，并对已有的通风网络进行改善和优化，从而有效降低通风阻力。同时还需要提高通风系统的稳定性和可调控性，并对现有的采掘部署进行相应调整，并对通风设施进行完善，以更好地达到生产集约化管理的目的。在提升煤矿开采能力阶段，会在一定程度上受限于瓦斯浓度，当加大通风量时，会使巷道中的氧气浓度增加，从而加速煤炭的自燃，严重的时候还会诱发煤尘爆炸事故。

3.2 瓦斯抽放技术

1) 长钻孔预裂控制爆破技术。其主要是通过对煤层的有效控制，来达到预裂爆破的目的。该技术可以使煤体产生裂隙，从而有效释放其应力，提高煤层透气性，降低煤体中的瓦斯浓度。在爆破过程中，为了在使煤层致裂的同时，而不对顶板造成破坏，则需要根据实际情况来选择炸药配方，制定一套科学、合理的爆炸流程。大量的研究和实践发现，低威力炸药一般具有爆炸峰值低、起爆速度慢、作用时间长等特点，其可以得到比较理想的致裂效果。

2) 水力扩孔技术。在进行煤矿开采过程中，孔径越大，则会增加钻孔煤壁暴露面积，从而获得比较理想的瓦斯排放和应力释放效果。在进行单大直径钻孔施工过程中，通常会面临着排渣困难、垮孔严重、成孔长度短、钻机负荷呈几何倍数增加等问题，因此需要采取有效措施予以解决。水力扩孔技术借助钻机打成小孔径钻孔，选择既能够自行旋转，又可以喷出高压水射流的高压水射流器，实现对钻孔周围煤体的旋转式切割。沿着钻孔轴向进行钻进，可以实现对钻孔的径向连续扩孔，并且随着钻孔直径的不断扩大，可以有效提高煤层暴露面积，并进一步增大煤层卸压范围，对于加大煤层瓦斯的排放具有非常理想的效果[2]。

3.3 微生物技术

金龙哲与王璐教授在对煤矿瓦斯灾害防治研究的基础上提出了微生物技术，通过对CH4氧化菌的氧化作用进行分析后来确保煤层所赋存的瓦斯气体进行氧化，进而达到降低煤层瓦斯涌出量的目的，在一定程度上使瓦斯治理的管口逐渐向前移动，使煤矿瓦斯得到有效处理，最终使煤矿瓦斯灾害得到有效的预防和控制。目前，微生物技术在煤矿瓦斯灾害防治中的应用还处于理论研究阶段，并未获得实质性的进展，但是相信在不久的将来，微生物技术在煤矿瓦斯灾害防治中将会发挥非常重要的作用。

3.4 气体水合技术

在CH4小分子气体分解过程中，气体水合物具有高密度吸收与固定吸收热量的特点，可以将表面活性剂添加至水中，以促使水合物的形成，并推动煤层中瓦斯朝着水合物的形态转化。在煤矿开采过程中，处于水合状态下的瓦斯能够吸收大量的热，在对煤层进行爆破的过程中，不会瞬间分解形成高压瓦斯流，在一定程度上使瓦斯突出事故得到有效缓解。对非突出高瓦斯煤层，借助气体水合技术可以使煤层中的瓦斯在开采的过程中均匀涌出，这样既可以有效消除瓦斯集中所引发的瓦斯超限问题，而且还可以实现对瓦斯爆炸事故的有效控制，以保证煤矿开采工作有条不紊地进行，有效提高煤矿企业的经济效益[3]。

4 结束语

对于煤矿企业而言，煤矿安全管理是煤矿开采过程中比较关键的一个环节，需要相关部门对其给予高度重视。尤其是瓦斯灾害的防治需要严格按照要求执行，以确保煤炭产业的的健康、可持续发展，更好地造福于人类。虽然，近些年来我国对煤矿瓦斯灾害的防治工作给予了高度的重视，并取得了非常理想的成绩，但是在社会经济发展过程中，需要对其产业结构进行优化和调整，对瓦斯灾害治理工作给予重视，其主要从以下两个方面着手。

1) 针对矿区生产条件的不同、煤层条件的差异，应对一些成功的瓦斯灾害防治技术和经验进行借鉴，并在基础上研究出一套全新的瓦斯灾害治理体系，并将传感技术、自控技术、通信技术及计算机技术引入其中，这样不仅可以有效解决煤矿安全管理过程中所遇到的技术不兼容问题，并促进相关部门的有效交流与沟通，以确保煤矿瓦斯灾害得到有效的防治。

2) 在煤矿瓦斯灾害防治过程中，也会遇到一些新的问题，此时要对其产生的原因进行深入的分析和研究，并根据我国煤矿生产的基本国情来制定有效的解决措施，以更好地确保煤矿瓦斯灾害防治技术的发展。