卸压瓦斯抽采效果浅析

[摘 要]在解决煤炭开发中出现的高瓦斯问题，卸压瓦斯抽采技术的应用取得显著的成效。卸压瓦斯的抽采一方面提高了煤矿的经济效益，同时降低煤矿安全开采方面的风险，另外在我国保护环境以及新能源的开发利用中也占有很大的比重。

[关键词]卸压瓦斯；新能源；卸压抽采

中图分类号：TD712+16 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）17-0004-01

随着经济的不断发展，我国面临了越来越大的能源问题，对于能源的需求也日益增长，所以煤炭行业的重要性也日渐彰显。在开采煤炭的过程中，瓦斯长期被视为有害气体，从未从能源资源等角度加以认识。上世纪70年代末由于能源危机的爆发，美国政府采取优惠政策，大力扶持美国的瓦斯开发工作，从而推动了瓦斯的研究和开发试验，并于上世纪80年代初取得重大突破，成为第一个进行大规模商业性生产瓦斯的国家[9]。进而推动了全世界瓦斯产业的发展。

然而由于我国的煤层透气性普遍较低[3]，属于难抽采煤层，为了提高煤层中瓦斯的抽采效果，降低煤层中瓦斯含量、增加煤矿开采过程中的安全性、并且尽最大限度减少空气污染、充分利用资源，必须实现瓦斯的安全高效的抽采。采用保护层开采技术，可使被保护煤层卸压，煤层透气性增加，被保护煤层的瓦斯具备流动条件，在配合卸压抽采技术，便可实现煤层中瓦斯的高效抽采。在保护层开采过程中，常见的被保护层卸压瓦斯抽采方式为高抽巷、顶底板岩巷网格式穿层钻孔抽采[1]。从抽采实践来看，抽采效果较好，但抽采工程量大，施工工期长，费用高。所以，本文重点研究了地面钻井抽采被保护层卸压瓦斯方法。

1 卸压抽采理论

1.1 卸压开采围岩活动规律

卸压开采是针对多煤层特点，选择瓦斯含量小、突出危险性低的薄煤层首先开采（称卸压层或保护层），利用顶底板岩层冒落、移动，产生裂隙，使其他被保护层内的瓦斯卸压、解吸，增加透气性[4]。卸压层开采后，采空区周围煤岩应力发生变化，引起部分顶板破断，底板、较远顶板及四周煤体产生裂隙，形成随工作面移动的采动环形空隙、裂隙圈和裂隙发育区[2]。

1.2 地面钻井卸压瓦斯抽采原理

地面钻井抽采可分为抽采本煤层采动卸压瓦斯和抽采受采动影响的上覆煤层卸压瓦斯[5]。两种地面钻井抽采只适用于对上被保护层的瓦斯抽采，而不适用于下被保护层的瓦斯抽采。保护层开采后，顶底板煤岩层发生移动变形，应力场和裂隙场重新分布。顶底板内裂隙发育，地应力下降，但随着向顶底板深部的延伸，其影响作用逐渐减小。根据裂隙的发育特征，将顶板煤岩层从下至上分为垮落带、断裂带和弯曲带。处于垮落带内的煤层由于开采条件受到破坏无法开采。处于断裂带和弯曲带内的突出煤层能够获得良好的卸压增透效果，在保护层的保护范围内，突出煤层地应力降低、裂隙发育，瓦斯具有良好的卸压流动条件。地面钻井抽采卸压瓦斯原理如图1所示，在瓦斯压力及抽采负压的作用下，被保护层内的卸压瓦斯经煤层裂隙及岩层裂隙向地面钻井流动，通过钻井抽出，其抽采半径可达100～150m[6]。通过地面钻井的抽采，被保护层瓦斯含量下降，进而彻底消除突出煤层的危险性，实现突出煤层的安全高效回采。

2 卸压瓦斯抽采的方法简介

2.1 井下主要抽采措施

目前在井下主要有以下三种抽采方式，煤巷边抽边掘、底板穿层钻孔预抽煤层瓦斯、采煤工作面高位钻孔抽采。然而对于在瓦斯的开发研究方面则在这三个方面应用的比较少，但是通过这几种技术在高瓦斯矿井的综合应用，使井下瓦斯的含量大幅度减小，所以在矿井安全方面的应用还是比较广泛的。

2.2 地面钻井抽采技术

地面钻井抽采是通过对煤层保护层和被保护层在内的全煤层群进行超前预抽，利用地面抽采瓦斯降低瓦斯涌出量，消除突出危险；当开采保护层时，依据地面钻井布置原则，抽采被保护层的采动区卸压瓦斯；还可利用该井，抽采被保护煤层的采空区瓦斯。地面钻井结合巷道钻孔抽采技术，抽采效果较好，在瓦斯抽采技术中得到广泛应用。

3 卸压瓦斯抽采效果分析

3.1 地面钻井抽采与底板巷穿层钻孔抽采比较

从表1中我们可得在9-11月中地面钻井总抽采量高出与底板巷抽采大约25%左右。同时在施工资金成本中，地面钻井抽采较底板巷抽采大约可节约近170多万元，但是在底板巷道中有专门的抽采巷道，在施工抽采钻孔时对生产影响较小，并且抽采时间比较短，所以底板巷到也有可取之处。而地面钻井的优点在于不需要专门的抽采巷道，地面钻井施工与生产互不影响，可以一井多用，也可抽采煤层及其附近的煤层，在施工过程中安全性也比较高，但是抽采的时间比较长。

综合分析，在卸压区采用井上下综合抽采方式，可达到互为补充的效果，并可充分利用卸压区可抽性的有利特点，最大限度地抽采瓦斯，来保障煤矿生产安全和瓦斯合理利用。目前，从安全生产的角度， 井下煤层底板巷穿层钻孔瓦斯抽采还不能完全被地面钻井替代[7]。

3.2 瓦斯抽采效果安全分析

通过长期的理论探索和工程实践，淮南矿区形成了较为完整的卸压开采与卸压瓦斯抽采的新型理论体系和技术工程体系，基本上解决了淮南矿区煤层松软、低透气性高瓦斯突出煤层群安全开采问题，取得了良好的安全和社会经济效益。1998年以来杜绝了瓦斯爆炸事故，2009年与 1997年相比，百万吨死亡率由4.01降低到0.18，下降了近22倍[4]。从以上资料可以看出在卸压瓦斯的抽采效果中对于安全性的提高也是显而易见的，煤矿中的事故也是我国每年面临的一个大问题，所以瓦斯的卸压抽采对于煤炭产业也是必不可少的一部分。

淮南矿区的理论研究和实践证明，改变开采方法和顺序，利用煤岩采动后的卸压效果，可使被卸压煤层的透气性系数增加数百乃至几千倍[4]，瓦斯的赋存状态被改变，为高效抽采瓦斯创造了条件； 掌握了顶底板岩层移动规律和卸压瓦斯的流动规律，采取相应的瓦斯抽采技术与方法， 可以有效抽采卸压瓦斯，使高瓦斯煤层转变为低瓦斯煤层，突出危险煤层转化为无突出危险煤层。