釆前瓦斯抽放——煤矿安全的保护神-

作者：段跃初

煤矿瓦斯是一种由甲烷主导的有毒有害气体，它是在煤的生成和变质过程中伴生的气体。瓦斯聚集在矿井中，一旦达到一定浓度，就会很容易引发爆炸或窒息等严重事故，对矿工的生命安全构成严重威胁。除了对人员安全的危害外，煤矿瓦斯还对环境造成严重污染，对矿区周边地区的大气环境和生态系统产生长期影响。

瓦斯以游离态和吸附态存在于煤层或围岩中，其中吸附态瓦斯约占80%～90%。在煤层采掘时，瓦斯会从煤层或围岩中涌出，与矿内空气混合。采掘扰动作用会导致破碎煤、岩和瓦斯突然向采掘空间喷出，产生破坏性极大的煤与瓦斯突出。瓦斯本身并非有毒，但不能供人呼吸。当矿内空气中瓦斯浓度超过50%时，会使人因缺氧而窒息死亡。瓦斯具有可燃性，当瓦斯浓度达到5%～16%之间时，遇明火会发生爆炸。煤与瓦斯突出、瓦斯爆炸等瓦斯灾害是煤矿最主要的灾害之一。另一方面，瓦斯本身是一种绿色清洁能源，但如果直接排放到大气中，其产生的温室效应是CO2的20余倍。

主要的瓦斯利用方式包括：①甲烷浓度为80%以上的瓦斯，称为煤层气，通常采用高压输送，送入天然气管网作为工业燃料、化工原料，为方便远距离输送，也可直接液化罐装送至用户。煤层气的利用在全球范围内得到了广泛应用，比如澳大利亚的库兰达煤层气项目，通过开发煤层气资源，促进了当地经济发展和能源利用。②甲烷浓度为30%～80%的瓦斯，称为高浓度瓦斯，通常采用中压输送，利用方式主要是送入煤层气民用管网、作为内燃式发电机组发电和作为工业燃料。在中国，许多煤矿通过利用高浓度瓦斯发电，有效降低了温室气体排放，实现了绿色能源利用。③甲烷浓度为1%～30%的瓦斯，称为低浓度瓦斯，通常是就地采用内燃式低浓度发电机组发电，也可釆用瓦斯浓缩提纯技术主要包括变压吸附、深冷液化分离、膜分离、水合物法、溶剂吸收法等多种方法，这些技术的不断创新与应用使得瓦斯资源得以更加有效地提取和利用。举例来说，使用膜分离技术可以帮助将甲烷浓度浓缩至30%以上，然后进入煤层气民用管网，从而为民众提供清洁能源。

此外，对于低浓度的瓦斯（也称为超低浓度瓦斯），通常采用蓄热氧化技术进行利用。比如，在某些煤矿区域，瓦斯浓度低于1%的情况十分常见，利用蓄热氧化技术可以有效地提取并利用这些低浓度瓦斯资源，为当地居民和工业领域提供了一种稳定、可靠的能源供应途径。煤矿瓦斯抽放是指通过各种方法将瓦斯从矿井中抽出，以降低瓦斯浓度，减少瓦斯爆炸和窒息事故的发生。常见的抽放工艺包括钻孔抽放、巷道抽放、顶板抽放和煤层气抽放等，这些工艺都依赖于一定的原理，如瓦斯分散规律、气流扩散规律等。其中，钻孔抽放是通过在矿井巷道中钻孔，利用压巷的差异来达到抽放瓦斯的目的；巷道抽放则是通过设置特定位置的风门和风井，利用人工或机械来控制气流方向，最终将瓦斯抽出矿区。

煤矿瓦斯与空气的分离一直是瓦斯抽放工作中的难点和瓶颈。传统抽放技术中，由于瓦斯与空气在矿井中难以完全分离，因此抽放出的煤气中往往还含有较多空气成分，影响了后续瓦斯的利用和处理。针对这一挑战，近年来出现了一些新型煤矿瓦斯分离技术，如基于膜分离、化学吸附和物理吸附等原理的新型煤矿瓦斯分离装备，这些技术能够更高效地将瓦斯与空气分离，提高瓦斯抽放的效率和质量。

随着科技的不断进步，煤矿瓦斯抽放技术和装备也在不断更新换代。目前，高效瓦斯抽放技术主要包括电子控制技术、无人巡检技术和自动化装备等方面。电子控制技术能够实现对抽放装备的自动监测和控制，提高了设备的稳定性和安全性；而无人巡检技术则通过遥控机器人或传感器等设备实现了矿井内部环境的实时监测和数据采集，为抽放作业提供了更精准的数据支持。此外，自动化装备的应用也为矿井的瓦斯抽放作业带来了更高的效率和更低的人力成本。未来，随着智能化技术的不断应用和提升，煤矿瓦斯抽放技术和装备必将迎来更多创新，为矿井安全和高效生产提供更可靠的保障。

当前，新型煤矿瓦斯抽放技术在矿井应用已经取得了一定的成效，但仍然面临着一些挑战和难点。例如，新型技术的成本和可操作性是目前亟待突破的问题之一。此外，对于不同类型和规模的矿井，新型技术的适用性也存在一定的差异。因此，未来需要在技术研发和实际应用中不断进行探索和实践，以改善新型技术的稳定性和适用性。同时，需要结合实际生产情况，进一步优化煤矿瓦斯抽放技术的整体应用方案，并根据实际效果做出合理调整和优化，以实现新型技术在矿井应用中的最大化效益。

瓦斯防治工程在保障矿工人身安全的同时，也对环境产生积极影响。通过对瓦斯防治工程的环境效益评估，可以客观地了解工程的实际效果和社会收益。在评估过程中，需要考虑的因素包括瓦斯抽放后的矿井瓦斯排放情况、对周边大气环境的影响、对地下水和土壤的保护情况等。同时，还需要对工程投入和实际效益进行成本效益分析，以综合评估瓦斯防治工程的经济和环境效益。通过科学的评估和监测手段，可以更好地引导和规范瓦斯防治工程的实施，并为未来的工程设计和改进提供可靠的依据。