礦井瓦斯抽采系統優化和應用研究

張育軍

摘要：隨著我國社會科技的進步，在煤礦開采中，瓦斯作為威脅礦井生產安全的主要因素之一，是礦井生產安全管理的重點，特別是隨著礦井回采深度的持續增加，井下回采中遭遇高突煤層的風險大幅增加，探索積極有效的瓦斯綜合治理技術至關重要。以此為著手點，針對礦井瓦斯綜合抽采作業開展探究，結合工程實際，在分析采動裂隙場瓦斯抽采機理的基礎上，對瓦斯綜合抽采作業進行全面分析。結果表明，綜合抽采作業效果良好，實現了對礦井瓦斯危害的有效防治。

關鍵詞：礦井瓦斯;抽采技術;瓦斯災害;系統優化

1 瓦斯抽采技術及其發展概述

目前，瓦斯抽采技術迅速發展并逐漸在全世界煤炭生產國家廣泛推廣應用，大部分煤炭生產企業都非常重視發展瓦斯抽采技術，通過瓦斯抽采使采掘活動不受瓦斯超限或突出等安全隱患影響，工業利用抽采出的瓦斯還可以實現額外的經濟效益。據有關資料統計，目前已有10個國家的瓦斯年抽采量達到了1億m3，各主要產煤國根據自身的煤層賦存特點和開采技術水平，研究與推廣應用不同的瓦斯抽采方法，其中回采前預抽本煤層瓦斯、邊采邊抽和采空區抽采是目前實際工程中應用較多的方法。為了達到較好的抽采效果，上述不同方法可能在同一礦井配合使用，在增加瓦斯抽采量的同時，確保采掘工作面的瓦斯涌出量符合《煤礦安全規程》規定的安全生產要求。

2 瓦斯抽采方法研究

2.1 掘進區域瓦斯抽采

研究確定采用在底抽巷內布置穿層鉆孔對回采巷道掘進區域的瓦斯進行預抽采，即每隔6m施工一組扇形布置的穿層鉆孔，每組包含14個鉆孔，并保證鉆孔的終孔間距不大于6m，隨回風巷道底抽巷掘進施工穿層鉆孔，穿層鉆孔的角度為25°～155°，鉆孔的長度以穿透煤層全厚再施工3m為準。根據實際情況隨時調整穿層鉆孔的角度，保證鉆孔的終孔位置間距不大于6m，鉆孔的封孔段長度大于5m;孔口的抽采負壓大于1.3MPa，預抽鉆孔應覆蓋回采工作面的所有巷道，且至少超過最外側巷道15m，預抽時間大于180d。

2.2 回采工作面瓦斯抽采

該礦開采的3號煤層屬于可抽采煤層，因此，研究確定3號煤層的回采工作面區域抽采選用未卸壓（預抽）的抽采方法。在3號煤層回采工作面進風（或回風）巷道內布置單側順層抽采鉆孔預抽回采工作面區域內的瓦斯。回采過程中利用短鉆孔邊采邊抽。

抽采鉆孔布置在進風（或回風）巷道內，鉆孔直徑為Φ94mm，鉆孔間距為3m，鉆孔的開孔位置距巷道底板為1.5m。該工作面寬度為120m，護巷煤柱寬度為30m。因此，研究確定抽采鉆孔的長度為170m，鉆孔的封孔段長度大于8m;孔口的抽采負壓大于1.3MPa;設計采用長、短鉆孔間隔布置方式，長鉆孔長度為170m，短鉆孔長度為110m，預抽時間大于420d。

為了保證3號煤層回采工作面的正常采掘銜接，可在回采工作面開切眼往外500m范圍內，采用千米定鉆機施工定向輔助預抽瓦斯鉆孔，提前預抽本煤層瓦斯，從而縮短回采工作面前部的預抽時間，保證工作面正常開采。

2.3 采空區瓦斯抽采

研究確定在專用瓦斯排放巷道內布置瓦斯抽采管路抽采3號煤層工作面采空區的瓦斯，將工作面專用瓦斯排放巷道內放瓦斯橫管（聯絡巷沿煤層頂板掘進）以里的聯絡巷封閉并埋入瓦斯抽采管路進行插管抽采。抽采過程中根據抽采情況通過閥門調節瓦斯濃度、流量及抽采負壓等參數。當回采工作面回采完畢且砌筑密閉墻后，可以在密閉墻上插入瓦斯抽采管路抽采采空區內從殘煤及圍巖內涌出的瓦斯。

3 瓦斯抽采泵選型及布置研究

礦井瓦斯抽采泵布置方式的選擇原則是“技術可行，經濟合理，安全可靠”，本研究依據這種原則考慮并確定該礦選擇獨立并聯的井下瓦斯抽采泵布置方式。

綜合考慮該礦的煤層瓦斯儲存地質條件及礦井建設發展規模，礦井瓦斯抽采系統選用水環式真空瓦斯泵，泵葉輪內設有水環，從而無爆炸危險性;結構簡單，運行可靠;真空度高。

瓦斯抽采泵壓力是抽采管路全部阻力損失、抽采孔負壓與輸送管路正壓的三者之和。具體包括以下方面：瓦斯泵入口與井下最長管路之間的阻力損失;該管路中的局部阻力損失;鉆孔口負壓。根據該礦所開采3號煤層的透氣性、抽采鉆孔的層位與封孔質量等因素確定該礦井3號煤層抽采鉆孔的負壓是13000Pa，采空區的負壓是6700Pa。

長期以來，瓦斯作為威脅礦井生產安全的主要因素之一，是礦井生產安全管理的重點，特別是隨著礦井回采深度的持續增加，井下回采中遭遇高突煤層的風險大幅增加，探索積極有效的瓦斯綜合治理技術至關重要。結合工程實際，在分析采動裂隙場瓦斯抽采機理的基礎上，對瓦斯綜合抽采作業進行全面分析。結果表明，綜合抽采作業效果良好，實現了對礦井瓦斯危害的有效防治。

4 結束語

瓦斯綜合抽采作為高突煤層瓦斯有效治理的重要手段之一，不斷增強對其應用水平的提升對礦井生產安全有著重要意義。對此礦井管理者必須高度重視，在不斷推動相關技術應用水平提升的同時充分結合礦井實際完善技術，從而獲得貼合礦井生產實際的高效治理技術，真正實現井下瓦斯的有效防治，為礦井的長久持續發展提供堅實保障。

參考文獻：

[1]程遠平.中國煤礦瓦斯抽采技術的發展[J].采礦與安全工程學報，2009，26（2）：127-139.

[2]劉晴.余吾煤礦瓦斯抽采管路系統優化[D].焦作：河南理工大學，2011.