關于高瓦斯礦井瓦斯抽取技術的探討

楊一帆

摘要：在我國煤礦瓦斯抽采發(fā)展的歷史長河里，煤炭工業(yè)的不斷發(fā)展，近幾年來，被發(fā)現(xiàn)的礦井越來越多，煤炭的產(chǎn)量就相應地增多了，礦井在不斷挖掘的過程中，由低瓦斯礦井變化成高瓦斯和突出的礦井，所以要挖掘礦井，抽采的瓦斯與日俱增，從而中國煤礦瓦斯抽采技術隨之迅猛發(fā)展起來。

關鍵詞：高瓦斯礦井；瓦斯；瓦斯抽??；技術；主要問題

中圖分類號：TD712 文獻標識碼：B 文章編號：1674-3954（2013）21-0273-02

引言

科技在不斷發(fā)展，一些先進的技術應運而生，如仰角鉆孔瓦斯抽放技術在高突煤礦得到了廣泛的應用。我國的高瓦斯礦井很多，于是對于開采深度和強度就增加了。礦井也出現(xiàn)了高瓦斯區(qū)域。早期依靠增大風量來沖淡瓦斯，后來逐步采用少量的、單一的抽放瓦斯方式，配合稀釋、通風來解決瓦斯超限問題。工作面進行回采時，經(jīng)常會引起工作面上回風巷及隅角瓦斯超限，迫使停產(chǎn)而影響產(chǎn)量。

1 高瓦斯礦井及瓦斯概況

礦井相對瓦斯涌出量大于10m³/t或礦井絕對瓦斯涌出量大于40m³/min的礦井，這就是高瓦斯礦井。瓦斯礦井是指一個礦井中只要有一個煤層發(fā)現(xiàn)瓦斯。必須按照礦井瓦斯等級對瓦斯礦井進行管理。

山腳樹礦地處貴州省盤縣境內(nèi)，于1974年9月正式投產(chǎn)，設計生產(chǎn)能力45萬t/a，1989年達到設計能力；經(jīng)過多年的技術改造，2006年核定生產(chǎn)能力為130萬t/a，兩個采區(qū)進行生產(chǎn)，2006年生產(chǎn)能力已達到130萬t。礦井為斜井開拓，分區(qū)抽出式通風。目前，+1370m水平以上～水平的可采煤層基本已回采完畢，生產(chǎn)水平已進入+1200m水平。各煤層均采用走向長壁垮落法開采，開采深度最大達650m，屬于深部開采的范圍。

2 瓦斯抽取技術

“十五”以來，針對我國煤礦瓦斯治理的現(xiàn)狀，國家組織完成了“煤礦瓦斯治理技術篩選綜合集成和示范”項目研究，在低透氣性煤層增透抽采瓦斯、長鉆孔定向鉆進技術及裝備、抽采鉆孔封孔技術、松軟突出煤層成孔工藝及裝備、抽采參數(shù)監(jiān)測監(jiān)控和采煤采氣一體化技術等方面，取得了重要突破，在15個示范礦井得到應用。瓦斯開采的技術指的是開采的順序、回采的方法及生產(chǎn)工藝的過程等。在開采煤層群時，開采的煤層瓦斯涌出的量大時，先要開采出瓦斯含量少的煤層，對均衡礦井瓦斯涌出量和排放鄰近層的瓦斯起到作用。另外，采空區(qū)的煤丟的多，回采率低的回采方法，采煤區(qū)的瓦斯涌出量大。

2.1 典型瓦斯抽采技術

2.1.1 順層鉆孔抽采本層瓦斯

順層鉆孔用于區(qū)域性抽采，適用于煤層透氣性λ≥0.1 m²/MPa2·d、煤層瓦斯含量≥8m³/t或開采突出煤層。可抽采工作面前方煤體的卸壓瓦斯，提高鉆孔的抽采半徑，抽采效果提高1.5倍。順層鉆孔應盡量在上、上巷內(nèi)施工，若條件不具備時可施工鉆場，在鉆場內(nèi)施工扇形鉆孔。鉆場間距應根據(jù)打鉆能力來確定，一般間隔不宜超過40m。鉆場規(guī)格根據(jù)鉆孔布置、打鉆需要確定，見圖1。

鉆孔應跟隨掘進工作面施工，距工作面的距離不得大于50m。保證工作面有足夠的預測時間。無實測的鉆孔抽取半徑時，可實際操作。采取煤層增透措施的鉆孔孔低間距可適當增大，但不得大于4m。

2.1.2 網(wǎng)格式穿層鉆孔抽采本層瓦斯

對于松軟低透氣性突出煤層的瓦斯抽采，采用的方法是網(wǎng)格式穿層鉆孔，它能解決在突出煤層打順層孔時塌孔和噴孔的問題。

目前，我國單一煤層防突的主要方法是網(wǎng)格式穿層鉆孔，已在突出嚴重的北票、白沙、中梁山等礦區(qū)應用。

2.1.3 頂板走向長鉆孔抽采鄰近層瓦斯

該技術適用于煤層群開采條件下，鄰近層和采空區(qū)瓦斯涌出量較大的工作面。與頂板穿層短鉆孔抽采法和頂板巖巷抽采法相比，這種抽采技術有著明顯的優(yōu)越性，而且在經(jīng)濟上也可以突出。該技術在淮南、鐵法等20多個礦區(qū)160個礦應用。

2.1.4 綜合抽采瓦斯技術

淮南潘一礦1541綜放工作面，煤層有突出性，工作面同時采用頂板走向長鉆孔、工作面順層水平長鉆孔、上隅角插管抽采、深孔控制預裂爆破強化抽采。目前瓦斯綜合抽采已普遍應用到了全國內(nèi)，見圖2。

2.2 近年來瓦斯抽采的新技術

2.2.1 水力沖割煤層卸壓強排強抽瓦斯技術

該技術利用高壓形成高速射流，沖割煤體制裂縫和造空穴，增大卸壓范圍，增大煤層瓦斯的流動性，提高煤層瓦斯抽采效果。

2.2.2 深孔定向聚能水封爆破技術

利用炸藥爆破產(chǎn)生的高壓沖擊波瞬間撞擊聚能藥包與鉆孔之間的水，形成高壓水射面，使煤體產(chǎn)生新的裂隙，同時高壓水楔入原生裂隙中使裂隙延伸，而控制孔起到裂隙導向和空間補償作用，從而提高瓦斯抽采效果。適用于低透氣性煤層強化抽采瓦斯、煤層消除突出危險和釋放地層應力。

3 瓦斯抽采存在的主要問題

（1）煤層透氣性低，我國煤層滲透率，據(jù)資料表明平均在0.002～16.17mD之間，0.1～1.0mD 37%，小于0.1mD占35%，大于1.0mD占8%，而大于10mD較少；高瓦斯突出煤層的滲透率非常低，所以抽采起來是非常困難的。

（2）資料統(tǒng)計多數(shù)礦井瓦斯抽采率低、抽采濃度不高。煤礦瓦斯抽采技術受煤層地質(zhì)條件控制，其復制性不高，工藝性強。因此，創(chuàng)新技術是尤其重要的，根據(jù)本礦生產(chǎn)、適應地質(zhì)條件，進行抽采。在瓦斯抽采的過程中，如果瓦斯抽采的、抽采參數(shù)、管理與監(jiān)測監(jiān)控的選擇不恰當，也會影響抽采。

（3）代替高抽巷成本有效的措施是定向水平千米鉆孔抽采瓦斯，不過目前隨鉆測斜裝置與千米鉆機等還不是很完善。松軟突出煤層內(nèi)的施工與瓦斯的含量高的礦井，進行抽采鉆孔是不易的，通常打的鉆孔只有10多米，瓦斯的抽采和防突困難重重，隨之危險就增加。煤層施工的遙控鉆機有待于改進和完善。

4 瓦斯抽采技術的發(fā)展方向

煤炭開采強度的增長，使瓦斯抽采裝備加強，抽采瓦斯的規(guī)模隨之擴大，完善了科技發(fā)展水平，由原先單一型號的和非專用的，逐步發(fā)展形成系列的、專用的以及瓦斯裝備擁有現(xiàn)代化科技水平的抽采。目前生產(chǎn)抽采泵和抽采鉆機已有幾十家專業(yè)的廠家，讓中小型煤礦使方便用，另外，系列的井下移動式瓦斯抽采泵被開發(fā)出來。

經(jīng)過半個世紀，中國煤礦瓦斯抽采在技術上有很了大發(fā)展，不過因為我國煤開采的量大，瓦斯在煤層中含量十分豐富，抽采瓦斯研究試驗與普及工作差距還很大，其技術需得到更進一步的發(fā)展。

（1）更好的利用工作扶持和加大抽采瓦斯的力度是主要目的，鼓舞企業(yè)多抽采瓦斯，努力減少瓦斯的排放量，依靠市場引導、政策的驅(qū)動與自主創(chuàng)新，減少生態(tài)環(huán)境的污染，加強煤礦瓦斯的抽采，使其得到充分的利用，促進煤炭工業(yè)可持續(xù)發(fā)展，保障煤礦安全生產(chǎn)。對瓦斯抽采技術適用性的研究以及篩選，對各項瓦斯抽采技術的技術特點進行總結，適用的條件、范圍和應用的情況，為全國各礦區(qū)的瓦斯抽采進行指導，開展適用性的研究。

（2）抽采新技術的研究工作和開展瓦斯抽采先進適用技術的推廣，提供煤礦高效抽采瓦斯，在技術上得到支撐。繼續(xù)進行瓦斯試驗在地面鉆孔的抽采，完善水力的采動和壓裂，影響煤層瓦斯抽采的工藝技術，從根本上達到先抽后采的意義。繼續(xù)研習低透氣性煤層強化抽采技術和試驗單，使開采層預抽的抽采率得到提高，煤層的瓦斯涌出量盡量減少，降低或者甚至消除煤層的突出危險性。

（3）在瓦斯抽采新技術的基礎上，再繼續(xù)試驗單一低透氣性煤層強化抽采技術及裝備的研究。研制長距離水平鉆孔的新型鉆機、可施工處大直徑與配套的設備，鉆孔工藝新技術，解決成孔技術與松軟煤層的鉆進，長鉆孔的施工與定向技術，對定向長鉆孔的監(jiān)控裝置進行開發(fā)，確保鉆孔的各項參數(shù)可達到設計的要求；研制高效率和大流量的抽采瓦斯泵，抽采瓦斯泵的單機效率要提高。更深一步研究對面鉆孔抽采瓦斯的試驗開發(fā)，從實際上做到了先抽后采。

5 結束語

瓦斯是一種清潔能源，用途廣泛，是溫室氣體，根據(jù)節(jié)能減排要求，多抽少排，降低對環(huán)境的影響。對煤礦安全、瓦斯及煤層氣抽取利用、礦上礦下預警測報系統(tǒng)等要做到系統(tǒng)得研究，高瓦斯、突出礦井“先抽后采”、“抽采達標”。隨著采深、開采范圍和產(chǎn)量的增加，這類影響更加顯著。因此，煤礦工程技術人員必須掌握必要的有關瓦斯的知識。

參考文獻

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