我國煤礦瓦斯抽采技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展

李賓

（山西晉城煤業(yè)集團(tuán)有限公司成莊礦，山西晉城 048000）

我國煤礦瓦斯抽采技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展

李賓

（山西晉城煤業(yè)集團(tuán)有限公司成莊礦，山西晉城 048000）

在系統(tǒng)分析我國煤礦瓦斯抽采技術(shù)現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，指出了當(dāng)前瓦斯抽采技術(shù)中存在的問題，展望了今后幾年我國瓦斯抽采技術(shù)的3個重點(diǎn)攻關(guān)方向：強(qiáng)化低透氣性高瓦斯煤層本煤層抽采、提高和完善瓦斯抽采裝備以及形成一套行之有效的綜合性瓦斯抽采工藝與技術(shù)。

瓦斯抽采技術(shù)；強(qiáng)化抽采；綜合性抽采工藝

瓦斯作為煤炭形成過程中的伴生產(chǎn)物，不僅是煤礦安全事故的重要災(zāi)害源和溫室效應(yīng)的主要參與者，更是一種寶貴的清潔能源。我國瓦斯資源極其豐富，約為31.46萬億m3，并且隨著煤炭開采深度的增加，瓦斯含量和涌出量將會顯著增大。因此，實(shí)現(xiàn)瓦斯高效抽采，不僅是瓦斯防治技術(shù)的關(guān)鍵，更能保證我國經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展對能源的需求。

我國瓦斯抽采最早開始于1938年，隨著煤炭工業(yè)的技術(shù)進(jìn)步，瓦斯抽采技術(shù)大致經(jīng)歷了高透氣性煤層瓦斯抽采、鄰近層卸壓瓦斯抽采、低透氣性煤層強(qiáng)化瓦斯抽采和高產(chǎn)高效礦井綜合抽采瓦斯等4個階段[1]，抽采量和抽采率逐年增加。但是，隨著礦井產(chǎn)能的不斷提升和煤層埋深的增加，煤礦安全的主要矛盾逐漸從高瓦斯涌出量轉(zhuǎn)向煤與瓦斯突出，說明瓦斯抽采量仍不能滿足煤礦瓦斯治理要求。

1 我國煤礦瓦斯抽采技術(shù)現(xiàn)狀

目前，我國煤礦瓦斯抽采技術(shù)主要有本煤層瓦斯抽采、鄰近層瓦斯抽采和采空區(qū)瓦斯抽采等3種。

1.1 本煤層瓦斯抽采

本煤層瓦斯抽采是指直接抽采煤層中的瓦斯，它主要有以下2種方法：

1）采前預(yù)抽。即在開采煤層采掘之前，利用鉆孔將本煤層的瓦斯抽出，從而減少開采過程中的瓦斯涌出量。根據(jù)鉆孔布置方式，可將其分為扇形、平行和交叉鉆孔抽采3種，其中，交叉鉆孔因其具有空間交叉的特點(diǎn)，從而可以提高鉆孔周圍煤體中的裂隙連通性，有利于瓦斯運(yùn)移，因此在本煤層抽采中的應(yīng)用較多。

2）采動卸壓抽采。由于我國煤層透氣系數(shù)較低，瓦斯預(yù)抽難度大，而煤層采動后的超前支承壓力對開采煤層的滲透率變化起主要作用，因此，基于超前支承壓力對本煤層的卸壓影響范圍和瓦斯涌出規(guī)律來確定鉆孔的布置方式，能夠大幅提高本煤層的瓦斯抽采效果。一般情況下，受超前支承壓力的作用，本煤層瓦斯抽采鉆孔的抽采量隨工作面位置的變化可劃分為原始、減弱、增長和衰減等4個階段。

1.2 鄰近層瓦斯抽采

鄰近層瓦斯抽采也稱為卸壓層瓦斯抽采，是指在煤層群條件下，受開采層的采動影響，其上部或下部的鄰近煤層或巖層得到卸壓而發(fā)生變形、產(chǎn)生裂隙，大幅提高滲透性，為防止鄰近煤層中的瓦斯通過裂隙通道大量涌向開采層而采取的抽采技術(shù)。它主要有以下2種方法：

1）巷道抽采，即在開采層的頂部或底部處于采動形成的裂隙帶內(nèi)挖掘?qū)Ｓ玫某橥咚瓜锏溃ǜ叱橄铮靡猿椴缮相徑鼘踊蛳锣徑鼘拥男秹和咚梗妶D1，巷道可以布置在鄰近煤層或巖層內(nèi)。這種抽采方式具有抽放阻力小、抽放量大等優(yōu)勢，目前在陽泉和淮南礦區(qū)應(yīng)用較多。但是對于綜放工作面初采期間而言，由于頂板巖石冒落及裂隙影響范圍小，達(dá)不到高抽巷位置，一般采用“偽傾斜后高抽巷”（見圖2）或“中低位后高抽巷”等技術(shù)[2]。

2）穿層鉆孔抽采，即從瓦斯尾巷向采空區(qū)頂板（裂隙帶中）打平行于工作面的穿層鉆孔來抽采瓦斯的方法，見圖3。該方法具有掘進(jìn)工程量小的優(yōu)點(diǎn)，施工時應(yīng)提前根據(jù)煤層賦存狀況及采動覆巖移動破壞規(guī)律來設(shè)計鉆孔的間距、終孔距工作面底板的垂直高度、終孔深入工作面的水平距離和鉆孔中心線與尾巷中心線的夾角等參數(shù)[3]，使抽采效果達(dá)到最佳狀態(tài)。

1.3 采空區(qū)瓦斯抽采

一般情況下，采空區(qū)瓦斯涌出量在礦井瓦斯來源中占有一定的比例。這是由于采煤過程中，鄰近煤層、圍巖、煤柱和工作面丟煤中的瓦斯都會涌向采空區(qū)，尤其是對于煤層群和厚煤層。根據(jù)國內(nèi)外的實(shí)踐情況，目前采空區(qū)瓦斯抽采主要有以下2種方法：

1）回采工作面采空區(qū)瓦斯抽采。它一般包括埋管抽采和尾巷抽采等方法，埋管抽采即沿回風(fēng)巷的上幫鋪設(shè)一條瓦斯管，該管道每隔一定距離設(shè)置一個三通，用于安裝立管和閥門。隨工作面的推進(jìn)，瓦斯管逐漸埋入采空區(qū)并進(jìn)行抽采的方法；尾巷抽采即平行于回風(fēng)巷布置一條專用排瓦斯巷，并逐段進(jìn)行密閉用于瓦斯抽采。除此之外，回采工作面采空區(qū)瓦斯抽采還可采用鄰近層瓦斯抽采的方法，即穿層鉆孔抽采和頂板尾巷抽采。

2）老采空區(qū)瓦斯抽采。由于采動影響，鄰近層的卸壓范圍不斷增大，老采空區(qū)會聚集大量瓦斯，可采用密閉插管大面積抽采、井下鉆孔抽采和地面鉆孔抽采等3種方法進(jìn)行抽采[4]，其中，地面鉆孔抽采因受井下生產(chǎn)制約少、便于管理等優(yōu)勢而應(yīng)用的相對較多。

2 我國煤礦瓦斯抽采技術(shù)存在的問題及發(fā)展方向

盡管我國煤礦瓦斯抽采技術(shù)取得了顯著的進(jìn)步，但仍然有一些因素制約著瓦斯的高效抽采，如缺乏大功率、高效率和高成孔率的打鉆設(shè)備，定向鉆孔技術(shù)和封孔技術(shù)落后，配套的瓦斯抽放設(shè)備老化等。為解決以上問題并應(yīng)對目前影響煤礦安全的主要矛盾的變化，需將下述幾個方面作為瓦斯抽采技術(shù)的重點(diǎn)攻關(guān)方向。

2.1 強(qiáng)化低透氣性高瓦斯煤層本煤層抽采

目前瓦斯治理面臨的主要問題是煤與瓦斯突出，解決該問題的關(guān)鍵技術(shù)是預(yù)先進(jìn)行本煤層瓦斯抽采，但由于我國煤層透氣性較差，一般在抽采前需對煤層進(jìn)行強(qiáng)化。當(dāng)前采用的強(qiáng)化方法主要有深孔爆破預(yù)裂、水壓致裂和水力割縫等卸壓增透手段，這些方法雖取得了一定效果，但工藝較為復(fù)雜，因此需就此問題有針對性地開展強(qiáng)化工藝與理論方面的研究。

2.2 提高和完善瓦斯抽采裝備

結(jié)合煤礦瓦斯抽采的煤層地質(zhì)、采動影響和瓦斯抽采情況來看，長孔定向鉆進(jìn)技術(shù)是未來井下抽采的發(fā)展方向，應(yīng)該加大國產(chǎn)定向鉆機(jī)的研制力度，完善長鉆孔的工藝與裝備，使之適合我國煤礦條件。

近幾年煤礦工作面逐漸向高產(chǎn)高效邁進(jìn)，緊隨而來的是瓦斯超限的問題，因此，如何在一個采區(qū)同時應(yīng)用幾種抽采方法，并實(shí)現(xiàn)最佳配合以及實(shí)現(xiàn)在采前、采中和采后的綜合瓦斯抽采，尚有待進(jìn)行全面攻關(guān)，從而達(dá)到高效抽采目標(biāo)。

3 結(jié)束語

我國瓦斯資源豐富，且因其清潔環(huán)保并危害煤礦生產(chǎn)的特征，對其實(shí)施抽采越來越受到重視，也可保障我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展對能源的需求。但是，我國煤層具有低滲透、強(qiáng)吸附特征，這就決定了必須在現(xiàn)有瓦斯抽采技術(shù)的基礎(chǔ)上，從強(qiáng)化低透氣性高瓦斯煤層本煤層抽采、提高和完善瓦斯抽采裝備以及形成一套行之有效的綜合性瓦斯抽采工藝與技術(shù)三個方面進(jìn)行重點(diǎn)攻關(guān)，才可真正實(shí)現(xiàn)瓦斯資源的高效開發(fā)和煤與瓦斯突出的有效治理。

[1]袁亮.松軟低透煤層群瓦斯抽采理論與技術(shù)[M].北京:煤炭工業(yè)出版社,2006.

[2]富向,焉德斌,李江濤,等.鄰近層瓦斯抽放技術(shù)優(yōu)選及適用性分析[J].煤礦安全,2008(4):32-34.

[3]秦偉,許家林,吳仁倫,等.基于CFD模擬的鄰近層穿層鉆孔瓦斯抽采優(yōu)化設(shè)計[J].采礦與安全工程學(xué)報,2012,29(1):111-116.

[4]楊安紅.采空區(qū)瓦斯抽放技術(shù)研究[J].煤炭技術(shù),2009,28(6):88-90.

Gas Drainage Technology and Its Development in Mines

LI Bin
(Chengzhuang Mine,Shanxi Jincheng Coal Group,Jincheng 048000,China)

Problems of gas drainage in Chinese mines are presented on the systematic analysis.Then, the paper introduces the future directions of the gas drainage technology:strengthening the gas drainage of low-permeability-high-gas seam,improving drainage equipment,and establishing a set of effective integrated gas drainage techniques.

gas drainage technology;enhanced gas drainage;integrated drainage technique

TD712.6

A

1672-5050（2015）02-0076-03

10.3969/j.cnki.issn1672-5050sxmt.2015.02.024

（編輯：劉新光）

2015-01-19

李賓（1986-），男，安徽阜陽人，大學(xué)本科，助理工程師，從事煤礦瓦斯抽采工作。