关于高瓦斯矿井瓦斯抽取技术的探讨

摘要：在我国煤矿瓦斯抽采发展的历史长河里，煤炭工业的不断发展，近几年来，被发现的矿井越来越多，煤炭的产量就相应地增多了，矿井在不断挖掘的过程中，由低瓦斯矿井变化成高瓦斯和突出的矿井，所以要挖掘矿井，抽采的瓦斯与日俱增，从而中国煤矿瓦斯抽采技术随之迅猛发展起来。

关键词：高瓦斯矿井；瓦斯；瓦斯抽取；技术；主要问题

中图分类号：TD712 文献标识码：B 文章编号：1674-3954（2013）21-0273-02

引言

科技在不断发展，一些先进的技术应运而生，如仰角钻孔瓦斯抽放技术在高突煤矿得到了广泛的应用。我国的高瓦斯矿井很多，于是对于开采深度和强度就增加了。矿井也出现了高瓦斯区域。早期依靠增大风量来冲淡瓦斯，后来逐步采用少量的、单一的抽放瓦斯方式，配合稀释、通风来解决瓦斯超限问题。工作面进行回采时，经常会引起工作面上回风巷及隅角瓦斯超限，迫使停产而影响产量。

1 高瓦斯矿井及瓦斯概况

矿井相对瓦斯涌出量大于10m3/t或矿井绝对瓦斯涌出量大于40m3/min的矿井，这就是高瓦斯矿井。瓦斯矿井是指一个矿井中只要有一个煤层发现瓦斯。必须按照矿井瓦斯等级对瓦斯矿井进行管理。

山脚树矿地处贵州省盘县境内，于1974年9月正式投产，设计生产能力45万t/a，1989年达到设计能力；经过多年的技术改造，2006年核定生产能力为130万t/a，两个采区进行生产，2006年生产能力已达到130万t。矿井为斜井开拓，分区抽出式通风。目前，+1370m水平以上～水平的可采煤层基本已回采完毕，生产水平已进入+1200m水平。各煤层均采用走向长壁垮落法开采，开采深度最大达650m，属于深部开采的范围。

2 瓦斯抽取技术

“十五”以来，针对我国煤矿瓦斯治理的现状，国家组织完成了“煤矿瓦斯治理技术筛选综合集成和示范”项目研究，在低透气性煤层增透抽采瓦斯、长钻孔定向钻进技术及装备、抽采钻孔封孔技术、松软突出煤层成孔工艺及装备、抽采参数监测监控和采煤采气一体化技术等方面，取得了重要突破，在15个示范矿井得到应用。瓦斯开采的技术指的是开采的顺序、回采的方法及生产工艺的过程等。在开采煤层群时，开采的煤层瓦斯涌出的量大时，先要开采出瓦斯含量少的煤层，对均衡矿井瓦斯涌出量和排放邻近层的瓦斯起到作用。另外，采空区的煤丢的多，回采率低的回采方法，采煤区的瓦斯涌出量大。

2.1 典型瓦斯抽采技术

2.1.1 顺层钻孔抽采本层瓦斯

顺层钻孔用于区域性抽采，适用于煤层透气性λ≥0.1 m2/MPa2・d、煤层瓦斯含量≥8m3/t或开采突出煤层。可抽采工作面前方煤体的卸压瓦斯，提高钻孔的抽采半径，抽采效果提高1.5倍。顺层钻孔应尽量在上、上巷内施工，若条件不具备时可施工钻场，在钻场内施工扇形钻孔。钻场间距应根据打钻能力来确定，一般间隔不宜超过40m。钻场规格根据钻孔布置、打钻需要确定，见图1。

钻孔应跟随掘进工作面施工，距工作面的距离不得大于50m。保证工作面有足够的预测时间。无实测的钻孔抽取半径时，可实际操作。采取煤层增透措施的钻孔孔低间距可适当增大，但不得大于4m。

2.1.2 网格式穿层钻孔抽采本层瓦斯

对于松软低透气性突出煤层的瓦斯抽采，采用的方法是网格式穿层钻孔，它能解决在突出煤层打顺层孔时塌孔和喷孔的问题。

目前，我国单一煤层防突的主要方法是网格式穿层钻孔，已在突出严重的北票、白沙、中梁山等矿区应用。

2.1.3 顶板走向长钻孔抽采邻近层瓦斯

该技术适用于煤层群开采条件下，邻近层和采空区瓦斯涌出量较大的工作面。与顶板穿层短钻孔抽采法和顶板岩巷抽采法相比，这种抽采技术有着明显的优越性，而且在经济上也可以突出。该技术在淮南、铁法等20多个矿区160个矿应用。

2.1.4 综合抽采瓦斯技术

淮南潘一矿1541综放工作面，煤层有突出性，工作面同时采用顶板走向长钻孔、工作面顺层水平长钻孔、上隅角插管抽采、深孔控制预裂爆破强化抽采。目前瓦斯综合抽采已普遍应用到了全国内，见图2。

2.2 近年来瓦斯抽采的新技术

2.2.1 水力冲割煤层卸压强排强抽瓦斯技术

该技术利用高压形成高速射流，冲割煤体制裂缝和造空穴，增大卸压范围，增大煤层瓦斯的流动性，提高煤层瓦斯抽采效果。

2.2.2 深孔定向聚能水封爆破技术

利用炸药爆破产生的高压冲击波瞬间撞击聚能药包与钻孔之间的水，形成高压水射面，使煤体产生新的裂隙，同时高压水楔入原生裂隙中使裂隙延伸，而控制孔起到裂隙导向和空间补偿作用，从而提高瓦斯抽采效果。适用于低透气性煤层强化抽采瓦斯、煤层消除突出危险和释放地层应力。

3 瓦斯抽采存在的主要问题

（1）煤层透气性低，我国煤层渗透率，据资料表明平均在0.002～16.17mD之间，0.1～1.0mD 37%，小于0.1mD占35%，大于1.0mD占8%，而大于10mD较少；高瓦斯突出煤层的渗透率非常低，所以抽采起来是非常困难的。

（2）资料统计多数矿井瓦斯抽采率低、抽采浓度不高。煤矿瓦斯抽采技术受煤层地质条件控制，其复制性不高，工艺性强。因此，创新技术是尤其重要的，根据本矿生产、适应地质条件，进行抽采。在瓦斯抽采的过程中，如果瓦斯抽采的、抽采参数、管理与监测监控的选择不恰当，也会影响抽采。

（3）代替高抽巷成本有效的措施是定向水平千米钻孔抽采瓦斯，不过目前随钻测斜装置与千米钻机等还不是很完善。松软突出煤层内的施工与瓦斯的含量高的矿井，进行抽采钻孔是不易的，通常打的钻孔只有10多米，瓦斯的抽采和防突困难重重，随之危险就增加。煤层施工的遥控钻机有待于改进和完善。

4 瓦斯抽采技术的发展方向

煤炭开采强度的增长，使瓦斯抽采装备加强，抽采瓦斯的规模随之扩大，完善了科技发展水平，由原先单一型号的和非专用的，逐步发展形成系列的、专用的以及瓦斯装备拥有现代化科技水平的抽采。目前生产抽采泵和抽采钻机已有几十家专业的厂家，让中小型煤矿使方便用，另外，系列的井下移动式瓦斯抽采泵被开发出来。

经过半个世纪，中国煤矿瓦斯抽采在技术上有很了大发展，不过因为我国煤开采的量大，瓦斯在煤层中含量十分丰富，抽采瓦斯研究试验与普及工作差距还很大，其技术需得到更进一步的发展。

（1）更好的利用工作扶持和加大抽采瓦斯的力度是主要目的，鼓舞企业多抽采瓦斯，努力减少瓦斯的排放量，依靠市场引导、政策的驱动与自主创新，减少生态环境的污染，加强煤矿瓦斯的抽采，使其得到充分的利用，促进煤炭工业可持续发展，保障煤矿安全生产。对瓦斯抽采技术适用性的研究以及筛选，对各项瓦斯抽采技术的技术特点进行总结，适用的条件、范围和应用的情况，为全国各矿区的瓦斯抽采进行指导，开展适用性的研究。

（2）抽采新技术的研究工作和开展瓦斯抽采先进适用技术的推广，提供煤矿高效抽采瓦斯，在技术上得到支撑。继续进行瓦斯试验在地面钻孔的抽采，完善水力的采动和压裂，影响煤层瓦斯抽采的工艺技术，从根本上达到先抽后采的意义。继续研习低透气性煤层强化抽采技术和试验单，使开采层预抽的抽采率得到提高，煤层的瓦斯涌出量尽量减少，降低或者甚至消除煤层的突出危险性。

（3）在瓦斯抽采新技术的基础上，再继续试验单一低透气性煤层强化抽采技术及装备的研究。研制长距离水平钻孔的新型钻机、可施工处大直径与配套的设备，钻孔工艺新技术，解决成孔技术与松软煤层的钻进，长钻孔的施工与定向技术，对定向长钻孔的监控装置进行开发，确保钻孔的各项参数可达到设计的要求；研制高效率和大流量的抽采瓦斯泵，抽采瓦斯泵的单机效率要提高。更深一步研究对面钻孔抽采瓦斯的试验开发，从实际上做到了先抽后采。

5 结束语

瓦斯是一种清洁能源，用途广泛，是温室气体，根据节能减排要求，多抽少排，降低对环境的影响。对煤矿安全、瓦斯及煤层气抽取利用、矿上矿下预警测报系统等要做到系统得研究，高瓦斯、突出矿井“先抽后采”、“抽采达标”。随着采深、开采范围和产量的增加，这类影响更加显著。因此，煤矿工程技术人员必须掌握必要的有关瓦斯的知识。

参考文献

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