抽采利用技術在煤礦瓦斯防治中的有效應用

（陽泉煤業集團長溝煤礦有限責任公司 山西 032700）

引言

我國的煤礦企業對于瓦斯的抽采工作具有極高的重視，瓦斯的抽采是瓦斯治理的重要內容，有助于解決開采過程中的安全問題。為降低煤礦瓦斯事故發生的可能性，需要優化和完善瓦斯抽采技術，加強瓦斯管理制度的建設。本文從理論和實際出發，重點分析了煤礦抽采技術，為優化和創新煤礦開采工作提供一定的借鑒。

1.概述

瓦斯主要是一些有機物或動物纖維，在高溫高壓的環境下發生物理化學變化分解，產生了瓦斯氣體。瓦斯的主要成分是甲烷，具有可燃性，無色無味[1]。濃度一定時，如果遇到火源，很容易發生爆炸，造成安全事故，對煤礦的工人造成生命財產的威脅。在煤礦生產中，對于煤礦瓦斯的治理和利用有著一定的理論基礎和制度要求，瓦斯的防治工作采用“先抽后采、以風定產、檢測監控”的方針，其中強調了采煤采氣一體化的概念，旨在全面提升煤礦的生產效率與質量，促進煤礦瓦斯抽采的有序開展。

瓦斯主要是以瓦斯涌出的形式造成安全事故，瓦斯存在于煤層中，能夠持久而緩慢的涌出。隨著采掘等作業的進行，瓦斯涌出量逐漸增加，瓦斯濃度逐漸升高，如果瓦斯濃度達到報警濃度，則必須停止作業活動并進行處理。瓦斯還可以通過有裂縫的位置，瞬間噴出，井下從業人員如果對作業環境內的氣體沒有認真檢查，準備工作不到位，那么在遇到瓦斯聚集的區域，就容易造成瓦斯的瞬間噴出，此時遇到電火花就能點燃瓦斯，引起爆炸。此外，還存在瓦斯伴隨巖石與煤同時噴出的可能，這種方式對煤礦生產造成的破壞最大，在短期內難以實現復工復產，且事故的處理具有更高的綜合性與難度[2]。

2.煤礦瓦斯的抽采現狀

在我國煤礦企業的生產中，瓦斯抽采的方式主要是井下抽采和地面鉆井抽采。其中，井下抽采具有技術要求低、投資成本少的特點，自20世紀40年代開始已達到技術的成熟，在煤礦企業中有廣泛的應用。能有效實現減少礦井與采空區瓦斯涌出，同時有效防止瓦斯泄漏。目前我國的井下瓦斯抽采存在規模小、部分地區因濃度低而無法加以利用的情況，在瓦斯抽采的工作面，瓦斯抽采量與利用量僅為73.5億立方米和25億立方米。地面瓦斯抽采系統建設周期長、費用高、風險大，涉及征地、環保、設計審批等諸多環節，因而對于企業來說成本較高，但從長遠來說，地面抽采的效率和安全性是井下抽采不可比擬的。因此，需要結合企業發展現狀，加強瓦斯抽采全新實踐理論的建立和完善，探索瓦斯抽采的新技術、新設備和新工藝等，從而有效保障瓦斯抽采的質量和效率，保障礦井生產的安全性的同時，實現經濟效益的最大化[3]。

3.現有瓦斯抽采技術在煤礦開采中的應用

如圖1所示，根據抽采區域的不同，有著不同的瓦斯抽采技術。在本煤層中，主要采用圖中所示方式進行瓦斯抽采。在采空區進行瓦斯抽采時，由于采空區的瓦斯來源于開采層與鄰近層的瓦斯的匯集，容易在開采空間中形成二次瓦斯源，因此必須有專門的、獨立的瓦斯抽采措施。在臨近層中，采煤和采氣同時進行，隨著工作面的推進，層外的開采卸壓，導致卸壓瓦斯的出現，根據臨近層與開采層的位置關系，可分為上臨近層與下臨近層，采用相似的抽采方式。在圍巖地區，容易受到開采層的工作影響，導致開采層頂底板出現瓦斯泄漏或者圍巖的裂隙噴出瓦斯，必須嚴加防范。

圖1 現有瓦斯抽采技術

4.三區聯動抽采技術分析

三區聯動抽采技術是一項較先進的技術，在煤礦生產中有著廣泛的應用。將采煤與采氣結合起來，進行統籌規劃，實現瓦斯抽采與礦井工作與礦井建設的有效結合。三區聯動的瓦斯抽采技術，建立在礦井的規劃與瓦斯抽取現狀的基礎之上，能夠有效提高區域間的合作與交流，促進地面預抽與井下抽采的結合，從而實現瓦斯抽采效率的提升。三區聯動的瓦斯抽采技術具有顯著的優勢，體現在有效實現空間的良好結合，在地面準備與井下抽采相結合的基礎上，促進采煤與采氣的順利實現。三區聯動的瓦斯抽采技術，有助于開展煤礦的開采規劃工作。與此同時，三區聯動瓦斯抽采方式與地面抽采和長鉆孔抽采等多種方式相結合，有效保障瓦斯抽采效率，保證采煤的安全。

(1)地面預抽

地面預抽能夠實現將高瓦斯煤層轉變為低瓦斯煤層，這一轉變能夠進一步保證煤礦的生產安全，地面預抽是煤礦開采需要做的必要準備工作，能夠有效降低瓦斯濃度，消除一些安全隱患，提升生產的安全性。地面預抽對于煤礦開采具有重要的意義，地面預抽不受抽采時間和開采時間的限制，根據煤層瓦斯賦存的不同，確定不同的預抽時間，從而有效提升瓦斯的抽采率和利用率，為大面積的瓦斯抽采工作的開展奠定良好的基礎，從而形成規模化的生產和作業模式。

(2)井上井下聯動抽采

煤礦生產中受到閾值和抽采時間的影響，可分為規劃區、準備區和生產區。規劃區包括地面抽采準備區，指的是地面與井下聯合處采區，生產區主要指井下抽采區。對原有的開采區向開拓區進行轉變，需要在井下將掘進開拓巷道準備好，改進和優化瓦斯抽采取的方式。通過地面抽采井，實現井上井下聯合抽采，能夠高效地降低煤層瓦斯量，從而保障生產的安全進行。在瓦斯含量為8～16m3/t的開采層進行作業時，需要結合煤層特性，做好準備工作，在作業開始的前3～8a進行井上井下聯動抽采。同時，為進一步提高預抽效果，需要對鉆孔的布置方式進行優化，對鉆孔的規格進行細致的規定，如密度、孔深、孔徑等。通過有效測定抽采半徑確定鉆孔密度，能優化鉆孔間距，提升抽采量。加強抽采泵和管網布置的建設，還可以實現對抽采系統的進一步優化和完善。由于采用了以井下聯動抽采為主的作業方式，能夠實現將開拓準備區轉變為生產區。如圖2所示，施工中主要采用水平鉆孔，將地面上抽采造成的裂縫與影響帶進行有效聯通，保證直井壓裂裂縫和水平鉆孔的建設。構建立體的抽采網絡，提升抽采效率并縮短工作周期，能夠降低生產成本，提高生產效率。

圖2 井上井下聯動抽采技術

(3)井下遞進抽采

對瓦斯進行遞進式抽采，主要是通過建設和布置多條掘進巷道中的回采工作面來實現。從外側的巷道內向臨近工作面提前長鉆孔，長度以可覆蓋下一工作面兩巷道條帶為準。以期實現在該工作面進行掘進時，能實現對下一工作面的采煤采氣，為下一工作面存留1～3a的抽采時間。采取遞進式抽采能將回采工作面瓦斯涌出量最大程度降低，同時保障兩相鄰工作面的抽、采、掘正常進行、順利交替，提高工作效率。同時應當注意到，對長鉆孔抽采進一步細化，保證封孔質量，提高鉆孔的使用效率，有效實現長期抽采。

5.結束語

總而言之，瓦斯事故是造成煤礦安全事故的重要隱患，極大的威脅了礦井生產的安全性，影響煤礦的經濟效益。加強瓦斯抽采技術的研發與應用，有助于降低煤層瓦斯含量，同時實現回采效率的提升，提升煤礦企業的效益，促進煤炭行業的健康、可持續發展。為進一步加強煤礦瓦斯防治和利用，要結合煤礦井下實際條件以及企業的發展規劃，引進先進的抽采技術與設備，加強抽采管理，提升以三區聯動抽采技術為代表的綜合抽采的應用。