李波 裴庆刚
山东新巨龙能源有限责任公司 274918
摘要：煤矿瓦斯防治已取得一定成效，瓦斯抽采利用开始初具规模，煤矿瓦斯防治技术进步有效地促进了瓦斯防治水平的提高。然而，与国外煤炭行业相比，我国煤炭生产过程中发生的瓦斯事故总量仍然非常巨大，严重、特大瓦斯事故并没有从根本上得到有效控制。随着煤矿开采的不断深入，瓦斯灾害的防治难度越来越大。与常规天然气的赋存状态不同，煤储层孔/裂隙中的瓦斯赋存形态以吸附态为主，除游离态之外，也可能存在固溶态和液态等其他特殊赋存形式。瓦斯的形成、运移和聚集与煤储层的物质组成、变质作用、变形和区域构造特征密切相关。
关键词：瓦斯赋存;煤与瓦斯突出;煤与瓦斯共采;碳排放；
我国煤储层具有“高应力、高含气量、强吸附、低渗透”的特点。深入分析了与煤矿瓦斯有关的煤层变质与瓦斯吸附、煤结构与瓦斯赋存的构造特征、深部开采瓦斯、异常瓦斯区物探与预测等关键科学问题。系统总结了煤与瓦斯突出及其预防治理、煤与瓦斯共采及其资源利用，煤炭开发中的碳排放及其环境保护等关键技术问题。
一、煤与瓦斯突出及其预防治理
煤矿生产过程各种地质灾害中，煤与瓦斯突出的危险程度较大。现阶段，除了加强矿井通风之外，瓦斯突出预防治理工作主要从加强瓦斯突出预测和监测预警、强化瓦斯综合抽采技术以及开采保护层等方面开展技术攻关。在煤与瓦斯突出预测预警方面，结合地质构造、煤的普氏系数、瓦斯含量和瓦斯放散初速度、围岩结构和力学性质、水文地质条件等各种因素，开展瓦斯突出预测，对判断突出危险性、保证矿井安全生产和降低防突成本等方面具有重要意义。另外，可以选择敏感瓦斯指标，例如结合瓦斯含量、最大钻屑量 Smax、钻屑瓦斯解吸指标 K1 和钻孔瓦斯涌出初速度 q 等，综合评价煤层突出危险性，并进行预测。近年来，瓦斯灾害监控预警系统也逐渐发展成一个集综合性、智能性和安全性的系统工程，例如红外传感器和 KJ 系列网络化煤矿综合监控系统等。为了有效控制煤与瓦斯突出等灾害，煤矿瓦斯综合抽采以及保护层开采等技术得到了很好的应用。然而，由于受到复杂构造作用的影响，我国东部地区煤层的渗透性差，加之装备和管理水平落后，瓦斯的抽采量和抽采率仍然有待提高。目前，井下瓦斯抽采主要采用先抽后掘、边抽边掘等思路，通过在煤层中布置穿层和顺层钻孔等进行瓦斯抽采。具体施工工艺主要有以下几种:（1）通过煤层顶板巷抽采煤层气，控制上隅角煤层气积聚;（2）利用下部煤层采动卸压，增加上部煤层的透气性，在煤层群中试验成功了开采保护层卸压增透煤层气抽采技术;（3）在采动卸压增透之后，利用采空区瓦斯流量大和来源稳定等特点，通过地面钻井抽采进行煤层气的综合开发。总之，可通过以上方面，将煤与瓦斯突出等煤矿瓦斯灾害降到最低程度。
二、煤与瓦斯共采及其资源利用
将煤层气作为一个产业发展，就需要掌握煤层气资源状况以及各级资源的分布特征，分析煤矿区煤层气资源开发利用潜力及相关可行性，建立国家级煤层气资源管理数据库和评价系统，科学合理地进行煤层气的资源评价。研究表明，我国煤层气资源丰富，其中沁水盆地、鄂尔多斯东缘、太行山东麓以及两淮煤田是比较有利的煤层气勘探开发区。然而，由于东部地区煤层具有低压、低渗、低饱和等特点，极大限制了煤层气的抽采效果。当前煤层气开发的主要途径有:地面垂直钻井抽采、井下抽采煤层气、煤与瓦斯共采、多气共采和废弃矿井抽采等。
（1）采用地面垂直钻井抽采煤层气，要结合煤炭开采的实际，实现一井多用，即采前压裂井－采动区井－采空区井。（2）井下抽采过程中，要保证瓦斯抽采浓度和抽采量的稳定性，协调好矿井的安全和抽采瓦斯的资源利用，最终实现井下和地面联合抽采。（3）煤与煤层气共采，在煤层群发育地区，通过采动卸压，改善上部煤层的透气性，提高煤层气的综合抽采率，从而取得煤与瓦斯共采的技术突破。而在单一煤层发育地区，采用先抽后采的方式抽采率不高，要实现较好的煤与煤层气共采效果，煤层渗透性差的问题需要进一步研究。（3）废弃矿井煤层气抽采具有费用低、不受煤炭开采影响等优势，为煤系地层多气共采试验提供了条件，前景值得期待，但是受到多种因素的制约，
尚未有实质性进展。煤层气不仅热值高，而且还是一种清洁能源，在现阶段的煤矿区已被广泛作为民用燃料。在工业领域，除瓦斯发电以外，煤层气还可用于一些对燃料有特殊要求的行业，如玻璃制造和炼钢等产业。城市机动车“油改气”不仅降低了运营成本，还减少了尾气排放，进而改善城市空气质量。此外，煤层气作为化工行业的一种重要原料，能够用于生产一系列化工产品。由此可见，煤层气资源具有广泛的应用领域和很好的应用前景，而且可以起到减缓温室效应和改善我国能源结构的作用。
三、煤炭开发中的碳排放及其环境保护
气候变暖是当今全球性的环境问题，而甲烷又是重要的温室气体，单个甲烷分子的温室效应是二氧化碳分子的 20 多倍。其中，煤炭开采过程中排放的甲烷等温室气体占全球每年排放量的 8%～10%，对全球气候变化产生了重大影响。世界煤炭产量达到 78.6 亿 t，而中国占到将近一半。煤炭开发过程中释放的甲烷成为我国重要的甲烷排放源，占到我国能源活动中甲烷排放量的 75.6%，大幅高于其他国家的排放水平，已经成为需要引起足够重视的重要环境问题。准确计算出我国煤炭开发中的碳排放量，无论对指导煤炭开发过程中的碳减排，还是作为碳排放国际外交谈判的依据，都具有重要意义。目前普遍采用 IPCC 给定的方法进行估算，即:碳排放量=排放因子×煤炭产量。然而，排放因子的选取主要依据煤矿瓦斯等级鉴定给定的相对瓦斯涌出量。但是瓦斯等级鉴定工作是从矿井安全生产的角度出发，取鉴定过程中最大一天的瓦斯涌出量作为瓦斯等级确定的依据;并且，瓦斯涌出量还与矿井生产过程、采场接替等因素密切相关。因此，采用此参数作为排放因子的基准，并不能反映煤炭开发中碳排放的真实水平。要想获得我国煤炭开发过程中准确的碳排放数据，需要进一步科学合理地确定排放因子。煤炭开采过程中甲烷的排放会带来温室效应等环境问题，但是要对其开发利用，仍要关注对环境可能引发的影响。在进行煤层气勘探开发以前应充分考虑以下环境问题:对周边生态环境的影响、设备噪声污染、产出水和生产废水对环境的影响等。对于可能存在的问题，应提前做好环境影响评价，采取有效措施最大程度地降低对周边环境的影响。如产出水一般都具有较高矿化度，有的还具有较高的重金属含量等，若这些水直接排放到周边农田或其他地方，会造成严重的土壤盐碱化以及粮食作物重金属超标等问题。此外，产出水对目标层位地下水的疏干，也会对地下水资源造成一定的损失。为了达到较高的产气量，普遍采用的地面井压裂技术也会加大地下含水层与煤层的水动力联系，在煤炭开采过程中，地下水害问题也必须得到足够重视。
总之，加强煤矿开采过程中煤与瓦斯共采和煤系地层多气共采的理论与技术探索，适时开展废弃矿井瓦斯抽采利用，最大限度做到煤层气资源化，使煤炭和煤层气工业更好地服务于社会经济的发展。系统分析煤炭开采过程中的碳排放规律，更合理地确定我国的碳排放规模。为煤炭开发碳减排和外交谈判提供指导和依据。更加关注煤矿瓦斯防治和资源回收利用过程对环境的影响，在保证能源供应的同时，保护好人类赖以生存的环境。
参考文献：
［1］李秀英，煤矿瓦斯防治与利用及碳排放关键问题探讨.2017.
［2］王明燕，浅谈煤矿瓦斯防治与利用及碳排放关键问题研究.2018.