煤礦瓦斯抽采技術研究及應用

王世文

摘 要：在開采深度加大的背景之下，煤礦中瓦斯的含量也逐漸增高，想要滿足煤礦開采各方面的安全需求，必須要充分利用瓦斯綜合抽采技術。本文分析瓦斯抽采技術在煤炭開采過程中的具體應用。

關鍵詞：煤礦；瓦斯；抽采；應用

引言

煤礦開采時，往往含有大量瓦斯氣體，如果不能提前將其抽采出來，會導致生產過程中出現嚴重的安全事故。當前應用單一抽采技術已不適用于煤炭深層開采的需求，瓦斯綜合抽采技術應運而生。

一、我國煤礦瓦斯抽采技術發展及現狀

抽采技術的應用雖說對提高煤礦瓦斯治理有明顯效果，可是卻存在著一個普遍沒辦法忽視的問題—需要大量的煤巖層鉆孔。而且這些抽采工程一定在具備施工鉆孔的巷道條件后或者提前開掘專門的巖層巷道后才可以實施，這樣就大大增加了煤礦開采的成本。

二、煤礦瓦斯抽采的技術途徑

煤礦瓦斯的抽采是通過分別對回采工作面的采前、采中和采后的抽采來實現的。

采前抽采主要目的是降低煤層瓦斯壓力和含量，消除其突出危險性。對于單一煤層，采用預抽煤層瓦斯技術，具體的抽采方式包括穿層鉆孔結合順層鉆孔瓦斯抽采法，順層長鉆孔遞進掩護瓦斯抽采法，千米鉆機順層長鉆孔瓦斯抽采法，地面鉆井抽采法等措施。我國的大多數煤層透氣性系數很低，要求抽采鉆孔的間距不能過大，在淮南、淮北地區，抽采煤巷條帶的穿層鉆孔間距一般為5～8m，抽采工作面煤體的順層鉆孔間距一般為3～5m；而千米鉆機順層長鉆孔抽采方式對煤層賦存要求較高。而對于煤層群開采條件，則應優先采用保護層開采及卸壓瓦斯抽采技術，卸壓瓦斯抽采方法主要包括底板巖巷網格式穿層鉆孔抽采法和地面鉆井瓦斯抽采法。

采中抽采是為了確保工作面的開采安全，抽采方式與工作面通風方式有關。對于采用U型通風的工作面，抽采方式包括頂板走向穿層鉆孔抽采法、采空區埋管抽采法、采空區插管抽采法、地面鉆井抽采法等；對于采用Y型通風的工作面，抽采方式包括沿空留巷穿層鉆孔抽采法、沿空留巷埋管抽采法、地面鉆井抽采法等。而對于工作面瓦斯涌出量在30m3/min以上的高瓦斯工作面，不論采用何種通風方式，均可采用走向高抽巷法進行瓦斯抽采，在具有外錯尾巷的工作面還可采用傾斜高抽巷法和大直徑傾斜鉆孔法進行瓦斯抽采。

采后抽采是對密閉采空區及頂部裂隙內的瓦斯進行抽采，主要作用是為了提高礦井瓦斯抽采率和提高礦井瓦斯利用量，主要方法包括地面鉆井抽采法、井下穿層鉆孔抽采法和密閉埋管抽采法等。

三、抽采技術的應用

某煤礦為瓦斯突出礦井，其核定生產能力240萬t/a，主采3、7和10煤層，6組煤為局部可采煤層，其中7煤層和3煤層均為煤與瓦斯突出煤層，曾發生多次煤與瓦斯突出動力現象，在標高-550m處測定的最大瓦斯壓力為3.5MPa，瓦斯含量為12.4m3/t；3煤層目前開采最深采區（標高-550～-800m）瓦斯壓力為2.0～4.76MPa，瓦斯含量為8.70～11.57m3/t；10煤層、6組煤無突出危險，6組煤包括61、62、63煤層。

根據瓦斯等級鑒定結果，礦井總的相對瓦斯涌出量為13.55m3/min，絕對瓦斯涌出量為66.43m3/min。礦井現有地面永久抽采系統1套，井下移動抽采系統2套。根據采前抽采、采中抽采、采后抽采的劃分原則，煤礦礦井綜合瓦斯抽采方案如圖1所示。

3.1采前瓦斯抽采

對于7煤層，在6組煤可采區域，采用保護層開采技術利用底板巖巷網格式上向穿層鉆孔法抽采7煤層瓦斯。82采區處于突出危險區內的7煤層，采用該方法，在采區北翼采用62煤層作為保護層，在采區南翼采用61煤層作為保護層，該方法可有效降低煤層瓦斯含量，徹底消除煤層的突出危險性。在6組煤不可采區域，利用底板巖巷網格式穿層鉆孔抽采煤巷條帶瓦斯，掩護煤巷的安全掘進，采用順層鉆孔抽采工作面開采區域瓦斯，消除工作面煤層的突出危險性，采用該方法，81采區713工作面運輸巷實現了機械化掘進，平均月進尺在200m以上，工作面實現了安全高效開采。

對于3煤層，煤層賦存穩定，隨著開采深度的增加，煤層瓦斯壓力和含量逐漸加大，-550m標高以深為突出危險區。由于煤層硬度較高，為便于施工順層長鉆孔，在突出危險區的淺部（-550～-650m）采用順層長鉆孔遞進掩護區域性瓦斯抽采方法。該方法已經在采區內推廣應用了3～4個工作面，應用效果良好，有效降低了煤層瓦斯含量和壓力，確保了工作面的安全高效采掘作業，煤巷平均掘進速度在300m/月以上，產量在15萬t/月以上。對于突出危險區的深部區域（-650m以深），煤層瓦斯壓力和含量進一步加大，突出危險性進一步增大，從鉆孔施工的安全性及瓦斯治理的效果方面考慮，將瓦斯治理方案調整為穿層鉆孔結合順層鉆孔的瓦斯抽采方法，利用穿層鉆孔抽采煤巷條帶瓦斯，掩護煤巷的安全掘進，使用順層鉆孔抽采工作面區域瓦斯，保證了工作面的開采安全。

7煤層和3煤層的采前抽采效果見表1。通過采前抽采，煤層的瓦斯壓力降至0.74MPa以下，煤層瓦斯含量降至8m3/t以下，消除了煤層的突出危險性。6、10煤層由于本煤層瓦斯較小，不需要進行采前瓦斯抽采。

3.2采中瓦斯抽采

采中瓦斯抽采主要是為了防止工作面上隅角瓦斯超限，確保工作面的安全生產，對于U型通風工作面，最常用的為頂板走向穿層鉆孔抽采方法和采空區埋管抽采方法，在10煤層、7煤層、61煤層和3煤層工作面開采過程中均得到了很好的利用。在瓦斯涌出量大的7煤層和3煤層工作面還采用了上隅角插管瓦斯抽采方式，取得了良好的效果。為提高采空區瓦斯抽采效果，在3煤層工作面，將采空區埋管抽采改為采空區長立管瓦斯抽采，采空區瓦斯抽采效果顯著增加。其他預抽措施的抽采工程在煤層開采過程中繼續發揮作用，在采動作用下進一步抽采煤層瓦斯，有效降低工作面瓦斯涌出量。

3.3采后瓦斯抽采

對部分7煤層和3煤層封閉后的采空區進行了瓦斯抽采，為礦井的瓦斯電廠提供高濃度瓦斯。

3.4瓦斯抽采效果

通過對礦井煤層采取綜合瓦斯抽采措施，礦井瓦斯抽采量大幅度提高，安全生產形勢明顯改善。

四、結束語

單一瓦斯抽采技術雖然得到了普遍應用，但存在較多的局限性，無法滿足煤礦深層開采的需要。在此背景下，應根據煤層地質條件，綜合應用多種瓦斯抽采方式，提升煤礦開采的安全性，保證其生產效益與社會效益的提高。

參考文獻：

[1]梁建民，韓關橋，譚建軍.煤礦瓦斯抽采技術的應用對比[J].煤炭與化工，2014，37（09）：4-6+10.

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