煤矿瓦斯抽采技术研究

摘要：国家在煤炭行业明确提出了“先抽后采，监测监控，以风定产”的十二字方针，要求突出矿井及高瓦斯矿井必须通过有效的瓦斯抽采技术，治理工作面开采期间的瓦斯问题。瓦斯抽采作为根本的瓦斯防治技术措施，如何得到充分的利用，应提高到战略与战术的高度去重视和贯彻。本文首先分析了煤矿瓦斯抽采的必要性，然后对抽采技术的发展阶段做了介绍，最后从四方面对煤矿瓦斯抽采中的技术要点做了说明。

关键词：煤矿；瓦斯抽采；综合抽采；安全

Abstract: state explicitly put forward in the coal industry "first after gas drainage, monitoring to wind DingChan" twelve words of guidelines, requirements and gas outburst mines mine gas extraction technology, must through the effective management during the period of working face mining gas problem. Gas the basic technical measures for prevention and control of gas extraction, and how to fully use, should be raised to the height of strategy and tactics to value and implement. This paper first analyzes the necessity of coal mine gas extraction, and stage of development of extraction technology is presented, finally from the four winds in the face of coal mine gas extraction technology of key points.

Key words: coal mine; The gas extraction; Comprehensive extraction; security.

中图分类号：TD712文献标识码：A文章编号：2095-2104(2013)

前言

瓦斯抽采是近几年提出来的新概念，它建立在瓦斯抽放之上。传统的瓦斯抽放技术给环境带来沉重的负担，煤矿抽采的低浓度的瓦斯几乎全排放到大气中。瓦斯抽采正是基于瓦斯抽放技术而形成的新的处理矿井瓦斯的方法。所谓的矿井瓦斯抽采技术一般是指利用瓦斯泵或其他抽采设备抽取煤层中的瓦斯，并通过与巷道隔离的管网，把抽出的各种浓度的瓦斯经过一定的技术手段采集起来的技术。

一、煤矿瓦斯抽采的必要性分析

（一）有利于煤矿作业的安全

瓦斯一直是煤矿安全生产的重大隐患，因此对煤矿瓦斯进行综合治理尤为重要，目前应用较广、效果较好的技术是瓦斯抽采技术。规范规定，有下列情况之一的矿井，必须建立地面永久瓦斯抽采系统或井下临时抽采瓦斯系统。

1、1个采煤工作面的瓦斯涌出量大于5m3/min或1个掘进工作面瓦斯涌出量大于3m3/min，用通风方法解决瓦斯问题是不合理的。

矿井绝对瓦斯涌出量达到以下条件的：

（1）大于或等于40m3/min；

（2）年产量1.0～1.5Mt的矿井，大于30m3/min；

（3）年产量0.6～1.0Mt的矿井，大于25m3/min；

（4）年产量0.4～0.6Mt，大于20m3/min；

（5）年产量小于或等于0.4Mt的矿井，大于15m3/min。

（二）有利于环境保护

瓦斯是一种温室气体，其温室效应是二氧化碳的21倍，按生产1t煤排放10m3瓦斯估算，今年在煤炭生产过程中涌出的瓦斯量约为140m3亿，其中抽采量约12亿m3，利用量不足50%；年排入大气中的瓦斯产生的温室效应约相当于排放2亿t二氧化碳。因此进行瓦斯抽采可以减少温室气体排放，保护大气环境。

（三）有利于瓦斯能源的开发

瓦斯是一种优质能源，燃烧后产生的污染物少，其废气是一种气态肥料，可增加植物的光合作用。我国埋藏2000m以内浅瓦斯资源量（煤层气）约30×109m3，相当于约40×109t标准煤，按我国现有能耗标准，相当于我国约使用27年的能源。

我国瓦斯抽采技术的发展阶段

随着煤炭工业技术的发展，瓦斯抽采技术也得到了不断地提高和发展，我国煤矿瓦斯抽采技术大致经历了四个发展阶段。

（一）高透气性煤层瓦斯抽采阶段

50年代初期，在抚顺高透气性特厚煤层中首次采用井下钻孔预抽煤层瓦斯，获得了成功，解决了抚顺矿区向深部发展过程中的瓦斯安全问题，而且抽出的瓦斯还被作为民用燃料进行利用。

（二）邻近层卸压瓦斯抽采阶段

50年代中期，在开采煤层群的矿井中，采用穿层钻孔抽采上邻近层瓦斯的试验在阳泉矿区首先获得成功，解决了煤层群开采中首采工作面瓦斯涌出量大的问题。此后在阳泉又试验成功利用顶板收集瓦斯巷(高抽巷)技术抽采上邻近层瓦斯，抽采率达60～70%。到了60年代以后，邻近层卸压瓦斯抽采技术在我国得到了广泛的推广应用。

（三）低透气性煤层强化抽采瓦斯阶段

由于在我国一些透气性较差的高瓦斯煤层及有突出危险的煤层采用通常的布孔方式预抽采瓦斯的效果不理想、难以解除煤层开采时的瓦斯威胁，为此从60年代开始，试验研究了多种强化抽采开采煤层瓦斯的方法，如煤层注水、水力压裂、水力割缝、松动爆破、大直径(扩孔)钻孔、网格式密集布孔、预裂控制爆破、交叉布孔等。在这些方法中，多数方法在试验区取得了提高瓦斯抽采量的效果，但仍处于试验阶段，没有大范围推广应用。

（四）综合抽采瓦斯阶段

所谓综合抽采瓦斯就是把开采煤层瓦斯采前预抽、卸压邻近层瓦斯边采边抽及采空区瓦斯采后抽等多种方法在一个采区内综合使用，使瓦斯抽采量及抽采率达到最高。从80年代开始随着机采、综采和综放采煤技术的发展和应用，采区巷道布置方式有了新的改变，采掘推进速度加快、开采强度增大，使工作面绝对瓦斯涌出量大幅度增加，尤其是有邻近层的工作面，其瓦斯涌出量的增长幅度更大。为了解决高产高效工作面瓦斯涌出源多、瓦斯涌出量大的问题，必须结合矿井的地质条件，实施瓦斯综合抽采。

煤矿瓦斯抽采的技术要点

（一）开采层的瓦斯抽采

采前预抽主要是一项对未卸压的煤层或岩层进行瓦斯抽采的技术手段，它多应用钻孔技术将被采煤体中的瓦斯在煤层开采之前预先抽采出来。因此说，当煤层透气性较好的时候，其抽采效果十分显著，而煤层透气性较差时，效果不会很理想。

边采边抽主要是对已经卸压的煤层进行瓦斯抽采。当综采工作面向前推进的时候，其前方一定范围内的煤体产生大量裂隙，透气性得到了增加，此时应用倾斜钻孔技术抽采综采工作面一前方一定范围内煤体中的卸压瓦斯，抽采效果也是明显。

强化抽采主要针对透气性较差的煤层，该方法采用煤层强化卸压技术（如水力割缝和深孔爆破等技术）来增大煤层的透气性，或增加煤层驱动能量（如注入CO2等气体），已达到提高煤层压力梯度、置换瓦斯和促进瓦斯渗流、解析的目的。

（二）邻近层瓦斯抽采

邻近层（卸压层）瓦斯抽采的实质就是预防上下邻近层产生的瓦斯大量涌入开采层综采工作面当矿井含有多个可采煤层时，上下邻近层会受到开采层的影响而产生膨胀和变形，出现了卸压和透气性增加的情况，此时各个煤层或岩层之间所产生的裂隙不仅为瓦斯的运移提供了通道，还能存储大量的卸压瓦斯。大量工业试验表明，如果抽采参数选取的准确，抽采技术选取的得当，邻近层抽采效果十分显著，最高抽采率能达到80%以上。

（三）主要的瓦斯抽采方法

1、顺层密集长钻孔抽采

顺层密集长钻孔用于区域性抽采，用于综放面或综采面降低煤层瓦斯含量或解决工作面消突问题，一般钻孔深80m以上，孔间距3～5m，预抽时间半年以上。

为提高抽采效果，在布孔时往往采用斜向孔及交叉钻孔，斜向布孔有利于边采边抽，交叉式布孔可在不增加任何工程量的条件下，提高本煤层瓦斯抽采的效果。

2、网格式穿层钻孔抽采

网格式穿层钻孔的优点是可解决突出煤层打顺层孔时钻喷孔、塌孔问题。网格式穿层钻孔大抽采瓦斯首先是在北票台吉矿10号煤层进行的，该煤层是我国透气性极低的松软突出煤层之一。大面积网格式穿层钻孔预抽试验表明，低透气性煤层尽管预抽瓦斯极为困难，但在合理布置钻孔、保证预抽时间等技术条件下，完全能够达到预期的抽采效果，瓦斯抽采率可达到30%以上。目前网格式穿层钻孔成为我国单一松软低透严重突出煤层防突的主要方法，其网格布置如下图。

图网格式串层钻孔布置示意图

3、顶板走向长钻孔抽采

顶板走向水平长钻孔抽采邻近层瓦斯技术就是针对高瓦斯无煤柱综采或综放工作面的特点，为解决瓦斯超限问题，采用沿开采层顶板岩层走向布置迎面定向水平长钻孔代替顶板瓦斯巷抽采上邻近层瓦斯。该抽采方法与顶板岩巷抽采法、顶板穿层短钻孔抽采法相比，技术和经济上具有显著的优越性，尤其对于采掘接续紧张的矿井，其优越性更为突出。

（四）瓦斯抽采中的安全技术措施

1、抽采钻场、钻孔施工的安全技术措施

在抽采钻场和钻孔施工前，必须认真编制完整的施工作业规程，制定相关的施工安全措施。当对煤层进行打钻时，必须配备专职的瓦斯检查检测员，严格按照相关规定执行，杜绝诸如无水打钻、瓦斯超限作业等而违章作业行为。如果打钻过程中遇到喷孔情况，必须立即停钻，及时采取处理措施，并相关关领导汇报。

管路防漏气、防砸坏、防带电、防底鼓的技术措施

抽采系统必须设置负压测定装置以及截止阀门，当对新敷设的管路进行气密性检查时，正常抽采使用的管路亦应定时定期进行气密性检查。尽管敷设抽采管路的巷道不是主运输巷道，但也应在其管路上悬挂警示牌，并将管路外部涂以红色表示区分，以提醒车辆注意安全。同时要每天进行巡回检查，发现问题需及时更换。

抽采管路在巷道内吊挂安装时，吊挂高度不得小于1.8m；为防止底鼓折损管路，管道都用墩垛垫起，垫起高度不小于0.3m。井下瓦斯抽采管应尽量避免与通讯、动力电缆设在一起，以防管路带电。

斜巷、立巷管路防滑措施

当对斜井、斜巷以及上下山布置管道时，需要用半圆形铁卡子将其固定在巷道内的支撑物上，且支撑物要卧底安装。

结语

综上，瓦斯抽采不仅要重视“抽”，而且要重视“采”。这是瓦斯抽采不同于瓦斯抽放的关键所在。而“采”就要注意瓦斯的利用情况，以及瓦斯利用所面临的问题。在新的形势下，选择瓦斯抽采是国际国内关于环境问题和能源问题的共同呼声。所以，把握瓦斯抽采的技术的研究显得尤为重要。

参考文献

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