探讨提高矿井瓦斯抽采率的综合措施

摘要：随着当前煤矿的开采量的增长，造成煤矿矿井内的开采条件逐渐恶化，瓦斯含量以及压力也在不断的增大，因为很多原因导致的瓦斯爆炸以及燃烧，同时还常常出现窒息事故。因此，为了降低由瓦斯引起的事故，提升煤矿的开采安全系数就需要有效的瓦斯抽取方法。在实际的应用中一定要利用适当的以及先进的收菜方法，对矿井的瓦斯进行抽采。

关键词：矿井瓦斯；抽采率；综合措施

中图分类号：TD712文献标识码： A

一、煤矿瓦斯综合抽采的内涵

煤矿瓦斯抽采方法很多，根据不同的划分原则，瓦斯抽采方法有多种分类方法。以煤层开采时间划分，分为采前抽采、采中抽采和采后抽采。以瓦斯抽采对象划分，分为本煤层抽采、邻近层抽采、回采工作面抽采、掘进工作面抽采和采空区抽采。以抽采方式划分，分为钻孔抽采(顺层钻孔和穿层钻孔)、地面钻井抽采、巷道抽采和埋管抽采等。煤矿瓦斯综合抽采及各种抽采方法的相互关系如图１所示。

图1

并不是将上述所有抽采方式集中在一个矿井使用才称为煤矿综合瓦斯抽采。对于一个矿井、一个煤层而言，不可能通过单一的瓦斯抽采方法解决矿井瓦斯问题。应结合煤层地质、瓦斯赋存等条件，通过技术方案论证，择优选定几种抽采方法进行有机组合对煤层进行综合的瓦斯抽采，实现煤矿瓦斯抽采的最大化。通过煤矿瓦斯的综合抽采，使得抽采效果满足工作面采前、采中、采后各时间段的瓦斯抽采考核要求，最终确保工作面的安全采掘，实现高瓦斯突出矿井的安全高效生产。

二、影响抽采效果的因素分析

影响抽采效果的因素主要有两种，分别是技术因素和管理因素，分析如下：

(一)技术因素

影响瓦斯抽采效果的因素很多，根据煤层瓦斯流动理论及抽采瓦斯实践经验，钻孔瓦斯流动规律可以用下式表达：

Q=q・t

式中q′―t 时刻的钻孔瓦斯涌出强度，m3/(min・m2)；

q0―钻孔瓦斯涌出初始强度，m3/(min・m2)；

q―在t 时的钻孔瓦斯涌出量，m3/min；

Q―在t 时间内钻孔瓦斯涌出总量，m3；

t―钻孔内瓦斯流动时间，min；

p0―煤层原始瓦斯压力，MPa；

pr0―煤层原始瓦斯压力，MPa；

pstd―标准状况下的大气压，取0.1 MPa；

λ―煤层透气性系数，m2/(MPa2・d)；

R―钻孔瓦斯流动场的影响半径，m；

r0―钻孔半径，m；

m―钻孔穿煤长度，m。

由上式可以看出，钻孔抽采效果主要与钻孔暴露煤层的面积、瓦斯流动场的边界条件、钻孔的抽采时间以及煤层透气性系数有关。结合实际情况分析：

(1)钻孔暴露煤层的面积主要与钻孔半径、钻孔穿煤长度、钻孔密度等有关。该因素主要针对顺层抽采钻孔，当钻孔孔径很大或钻孔很长时，不仅井下打钻费用高，而且工艺比较难实现，同时钻孔容易塌孔而被堵塞。如果煤层具有煤与瓦斯突出危险性，大直径钻孔在打钻过程中对煤体影响加大，可能会诱发煤层瓦斯突出。

(2)改变瓦斯流动场的边界条件主要是提高煤层原始瓦斯压力、提高瓦斯抽采负压。目前提高煤层瓦斯压力主要是通过向煤层注入高压水或高压气体来实现，其在理论及工艺技术方面都存在较大问题：注水后瓦斯与水在煤体中呈二相流动，当煤体内的空隙被水湿润饱和后，气相流动的渗透系数反而变小，导致瓦斯流量被抑制；注高压气体则需解决煤对混合气体的吸附、解吸能力的问题及向煤层中注气的均匀性、注高压气体的安全性、混合气体的爆炸性等问题。因此，从改变瓦斯流动场的边界条件方面考虑提高瓦斯抽采效果，主要依靠提高瓦斯抽采负压。而影响瓦斯抽采负压的因素主要是抽放泵的能力和抽放管路及抽采钻孔封孔的气密性。

(3)延长钻孔的抽采时间在一定时间内可以有效提高瓦斯抽采量，但经验表明，对于透气性较低的煤层由于衰减系数较大，通常是抽放半年至一年钻孔抽放瓦斯总量就已经达到极限瓦斯抽放量的80%～90%，在这样的情况下再增加抽放时间已没有实际意义，而且从矿井的生产要求看也不允许有太长的预抽瓦斯时间。所以为了使钻孔瓦斯量达到一定要求，必须有必要的抽放时间，但抽放时间太长对提高瓦斯抽放量的作用也不明显。

(4)增加煤层透气性系数，该措施主要分两类，一类是通过开采上下保护层，使本煤层煤炭卸压、膨胀变形，从而增加煤层透气性；另一类是通过人为扩大、沟通和产生新的煤层裂隙通道的方法增加煤层透气性。现阶段研究比较多的方法有松动爆破、水力压裂、水力割缝、深孔预裂爆破等方法。这些方法在国家重大课题及科研攻关项目的支承下，都取得了一定的成果，但由于技术、装备、成本等原因，实际应用还受到较大的限制。

(二)管理因素

矿井管理也是影响抽采效果的重要因素，主要包括钻孔施工质量和封孔质量的监督管理、抽采系统日常的管理等。其中钻孔施工质量和封孔质量的监督管理，直接影响钻孔施工和封孔的质量，进而影响矿井的抽采效果。

三、可用于提升瓦斯抽采效果的相关措施

(一)钻孔抽采技术

(1)预抽钻孔瓦斯抽采。利用对煤矿矿井瓦斯进行预抽，瓦斯对煤矿开采带来的安全威胁不但可以消除，同时还能提升瓦斯的使用率以及抽放率，解决瓦斯浓度超限问题。

首先按照煤矿开采具体的环境开拓出底板岩巷或顶板岩巷(顶板岩巷的开拓主要用于急倾斜煤层)，然后预抽的岩巷边界和相邻岩巷之间的通风系统需要进行打通，之后在底板岩巷以及边界上山内间隔一定距离进行钻场施工，在施工时一定要重视的是穿层钻孔尽可能的要利用网格式钻孔，预抽煤层瓦斯，在工作面机巷以及开切眼形成一个消除煤和瓦斯突出危险性的保护条带后，掘避煤层巷遂形成工作面系统。

(2)采空区瓦斯抽采。对采空区的抽采利用率为了增大在现有抽采技术基础上可以进行改进以及完善，具体的说可以进行以下的处理：将某一瓦斯浓度较高的的位置作为基准位置，将抽采管吸气口的位置抬高到此或者是在一些瓦斯比较集中的区域进行布置钻孔，通常间隔是8到10米，这样主要是为了增加抽采的面积以及抽采的半径等。

(3)泄压钻孔瓦斯抽采与围岩钻孔。泄压瓦斯抽采技术主要是在上、下保护层中间隔一定距离布置卸压钻孔，未获得较好的抽采和卸压效果可以将间隔距离设定为不超过某一阈值，间隔距离越小则抽采强度越高，抽采率越高。围岩瓦斯抽采技术主要是在被保护层的反掘机巷卸压线附近、风巷等相关位置布置多个钻孔，根据实际环境设定钻孔的初始流量、瓦斯衰减系数等相关参数。需要注意的是，钻孔布置不是越密集越好，需要根据实际环境确定。

(二)对封孔工艺进行优化

改善传统的抽采钻孔封孔方式，实验采用更加有效的封孔方法如二次封孔等新技术进行抽采钻孔的封孔，提高封孔的效果，减少钻孔漏气，保证抽采负压。

(三)改革对打钻公司的监督管理方式

一方面加强煤矿和其他单位人员的安全和职业教育工作，另一方面将抽采钻孔施工质量的评价与抽采效果挂钩，改变仅靠罚款、矿方人员现场监督控制钻孔施工质量以及封孔、接抽等工作方法。通过在矿井各区域考察，按照要求完成钻孔施工、封孔及接抽工作的抽采钻孔的钻孔抽采瓦斯浓度及孔口负压，以此作为考核打钻公司抽采钻孔施工质量的标准。

(四)加强抽采系统的日常管理工作

及时发现并封堵抽采系统漏气部位，检查排水器等抽采系统辅助设备，保证其正常使用。

结语

提高煤矿瓦斯的抽采率不但能提高矿井的安全系数，还能对能源的利用率有效提高，同时还能降低环境的污染，是整个煤矿产业稳健发展的可靠保障。在实际瓦斯抽采过程中要综合分析矿井特征，利用先进的、可行的瓦斯抽采技术提升瓦斯抽采浓度，增大瓦斯抽采率。

参考文献

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[2]翟成,林柏泉,王力. 我国煤矿井下煤层气抽采利用现状及问题[J]. 天然气工业,2008,07:23-26+132.

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