煤礦瓦斯治理“先抽后采”技術的應用

李甘霖

（貴州雄興礦業有限責任公司火燒鋪煤礦雄興井區，貴州 六盤水 553539）

一、“先抽后采”的理論概念及相關概述

“先抽后采”的理論概念是在本世紀初，在認真總結了我國煤礦開采安全管理工作經驗的過程中提出的，目的是為了建立長效的安全管理制度，并以瓦斯防治工作為實踐目的，體現以預防為主、治本為策的技術應用理念。從我國實際事故發生的原因、解決措施及預防措施方面，對“先抽后采”的開采技術理念進行分析。煤層瓦斯不宜在采前進行抽放，因此在采挖的過程中，應結合瓦斯釋放量的大小，根據開挖煤層的具體施工條件，制定合理的開采流程，并防止產生煤和瓦斯突然噴出的現象。

二、煤礦瓦斯的風險

（一）瓦斯爆炸的原理分析

瓦斯爆炸在本質上是一種劇烈的燃燒反應，這類反應的過程極為復雜，游離基的鏈鎖反應是燃燒反應的實質。瓦斯氣體吸收足夠的熱量后，氣體分子的鏈會立刻斷裂，離解成多個游離基。游離基很活潑，條件適合時，游離基又可以繼續分解，再形成多個游離基。這樣一直反應下去游離基會越來越多，反應速率也越來越大，最終產生爆炸。

（二）發生瓦斯爆炸的條件

瓦斯氣體中主要成分為甲烷，而甲烷與氧氣發生反應的化學方程式為：CH4+2O2→CO2+2H2O，條件為點燃。由方程式可以看出瓦斯爆炸發生的條件為適合的氧氣濃度、點火源、以及足夠的瓦斯濃度。

1.足夠的瓦斯濃度。瓦斯爆炸的界限約為為5%～16%。當瓦斯的濃度低于5%時，不會爆炸。當瓦斯濃度達到9.5%時，這時由于氧和甲烷氣體完全反應，所以爆炸的威力最大。而當瓦斯濃度達到16%以上，瓦斯氣體會失去其爆炸性。而當礦井通風系統出現問題而引起瓦斯積聚或發生突然的煤與瓦斯突出時，瓦斯濃度會在很短的時間內達到這一濃度范圍。

2.適合的氧氣濃度。通過以往實驗證明，瓦斯的爆炸界限會隨著氧氣濃度的降低而減小，在氧氣濃度減少到12%以下時瓦斯氣體會失去爆炸性。而在井下實際環境中，通過對巷道進行通風，礦井空氣中氧氣的濃度一般會在20%以上。因此，氧氣濃度這一條件始終存在。

3.點火源。在正常的大氣環境下，瓦斯的引火溫度為650℃～750℃，最小點燃能量為0.28mJ。煤礦井下引爆瓦斯的火源有爆破火花、電氣火花、摩擦撞擊火花、靜電火花等。

三、煤礦瓦斯抽采

為了減少礦井風流中的瓦斯濃度，消除煤與瓦斯突出對煤礦安全生產的威脅，國家相關規定符合瓦斯抽采條件的礦井必須開展瓦斯抽采，并且提前3～5年制定抽采瓦斯規劃，每年年底前編制下年度的抽采瓦斯計劃，以確保抽采瓦斯工作面的正常銜接，做到“抽、掘、采”平衡。而什么是煤礦瓦斯抽采，到目前為止，仍沒有一個非常合理的定義。據研究煤礦瓦斯抽放是利用瓦斯泵抽放瓦斯，在負壓下人工抽取高濃度瓦斯并把它通過與巷道隔離的管網抽到地面。國家安全生產行業標準《煤礦瓦斯抽放規范》定義瓦斯抽放是采用專用設備和管路把煤層、巖層和采空區中的瓦斯抽出或排出的措施。《煤礦科技術語第8部分:煤礦安全》定義，瓦斯抽放是采用專用設施，把煤層、巖層及采空區中的瓦斯抽出或排出的技術措施。國家標準《煤層氣(煤礦瓦斯)利用導則》定義煤礦瓦斯抽采是在井下采用專用設備和管路抽出煤礦瓦斯的方式。從以上幾個定義可以歸納出瓦斯抽采特征：

1.設施:須用專用設備或管路。利用機械設備和專用管道造成的負壓，將煤層中存在或釋放出來的瓦斯抽出來，輸送到地面并加以利用的做法。

2.功能:抽采或排出瓦斯。

3.場所:瓦斯抽采到底抽哪里的瓦斯，有兩種說法，一種具體些，指煤層、巖層及采空區中的瓦斯;一種宏觀些，指煤礦瓦斯。

4.目的:通過抽采降低礦井風流中的瓦斯濃度，來改善礦井的安全生產條件和安全狀況。后來發展到降低煤層中的瓦斯防止煤與瓦斯突出。

5.抽采量計量:單個鉆孔、采煤工作面或礦井瓦斯抽采量計算時都只計算標準狀態下純瓦斯(甲烷)量。

根據瓦斯的定義，地面鉆井、頂板走向孔、傾向高抽巷和傾向穿層孔以及采空區抽采都屬于煤礦瓦斯抽采，因為都抽取的是廣義上的煤礦瓦斯。而順層長鉆孔、底板穿層鉆孔抽采歸為瓦斯抽采就顯得不嚴謹，因為此時抽取的是煤層(或包括圍巖)中的混合氣體，該類氣體它既不是廣義上的瓦斯，因為它沒有涌入到采掘空間，也不符合狹義上的瓦斯定義，即單獨指甲烷。按照煤層氣的定義，此類抽采應歸類為煤層氣抽采，因為此類抽采所抽取的是煤層(或包括圍巖)中的混合氣體(主要是甲烷)。

四、煤礦瓦斯治理“先抽后采”的應用實踐

（一）保護層開采期間的煤礦瓦斯抽采

保護層工作面開采期間的瓦斯主要來于本煤層、采空區、鄰近層的卸壓瓦斯，其瓦斯抽采方法主要有環行裂隙圈內頂板走向穿層鉆孔法、頂板走向順層長鉆孔、頂板走向高抽巷、采空區埋管、采空區尾抽等。開采保護層時，應當同時抽采被保護層和鄰近層的煤層瓦斯。

（二）區域突出危險性預測

突出礦井在開采過程中，必須對所有突出煤層進行區域突出危險性預測。這是因為突出煤層各個區域的突出危險程度是有一定差別的，存在著有突出危險區和無突出危險區兩種情況，這樣就為煤礦安全管理人員提供更科學地對突出煤層進行差別化管理；在無突出危險區域可以節省區域防突措施的人力、物力、財力，并有利于緩解煤礦采掘接替緊張局面。另外，在進行區域危險性預測時，應優先選擇瓦斯壓力，只有在沒有或者缺少瓦斯壓力資料時才采用瓦斯含量指標，其瓦斯壓力、瓦斯含量指標的臨界值應該經過實際考察確定（或采用井下實測值）。

五、結語

在瓦斯開采安全治理的過程中，應首先在有條件的基礎上盡可能的采取優先采用的原則，將區域性的瓦斯治理方法進行多樣化分析，并要強調突出危險煤層采用區域性“先抽后取”采樣方法的作用。