瓦斯抽放技術(shù)在煤礦生產(chǎn)中的應(yīng)用研究

楊奎生

（煤礦瓦斯治理國家工程研究中心，安徽 淮南232001）

瓦斯抽放一般是指通過打鉆(或挖掘巷道)，利用鉆孔(或巷道)、管道和瓦斯泵或其他抽放設(shè)備，將煤層或采空區(qū)內(nèi)的瓦斯抽至地面，有效解決礦井瓦斯?jié)舛瘸迒栴}。 煤礦瓦斯抽放不僅是降低礦井瓦斯涌出量，防止瓦斯爆炸和煤與瓦斯突出災(zāi)害的重要措施，而且抽出的瓦斯還可變害為利，作為煤炭的伴生資源加以開發(fā)利用。 近年來，隨著煤礦開采深度延伸和開采強(qiáng)度的加大，礦井瓦斯涌出量增大，抽放瓦斯顯得更為重要。 但目前我國很多煤礦瓦斯抽放效果并不是很好。 本文找出影響瓦斯抽放效果的因素，并提出相應(yīng)的對策，為更好抽放瓦斯服務(wù)。

1 瓦斯抽放概述

1.1瓦斯抽放的意義

近年來，隨著煤礦瓦斯綜合利用的不斷發(fā)展，瓦斯逐漸的從一種災(zāi)害性氣體變成了一種新型能源。煤層瓦斯通過抽放泵站抽出，再通過瓦斯壓縮機(jī)壓縮，可用作工業(yè)原料和民用燃料，汽車動(dòng)力燃料，發(fā)電等。特別是煤礦瓦斯發(fā)電，可用于煤礦自身電器設(shè)備，如通風(fēng)設(shè)備，抽采設(shè)備等。

瓦斯抽放具有以下作用：①通過瓦斯抽放能降低煤層的瓦斯壓力，從而降低煤層瓦斯突出的危險(xiǎn)性；②降低煤層瓦斯含量，從而降低開采過程中瓦斯涌出量，為生產(chǎn)提供一個(gè)很好的安全環(huán)境，且能降低通風(fēng)成本；③瓦斯是一種重要的能源資源，具有商業(yè)利用價(jià)值；④可降低礦井瓦斯排放量，減少對大氣環(huán)境的污染，具有綠色開采作用。 因此，有計(jì)劃地開發(fā)和利用瓦斯資源，對緩解我國能源供求矛盾、改善我國能源結(jié)構(gòu)、提高我國潔凈能源的利用率、保護(hù)人類的生存環(huán)境、解決煤礦安全問題、促進(jìn)中國乃至全人類的生存和發(fā)展均有十分重要的意義。

1.2 瓦斯抽放方法

按照瓦斯來源進(jìn)行分類：本煤層瓦斯抽放、臨近層瓦斯抽放、采空區(qū)瓦斯抽放和圍巖瓦斯抽放；按抽放與采掘的時(shí)間關(guān)系分有：預(yù)抽、邊采(掘)邊抽、采后抽放瓦斯；按抽放瓦斯的煤層是否卸壓分，有未卸壓煤層和卸壓煤層瓦斯抽放；按匯集瓦斯的方法分為鉆孔抽放、巷道抽放、鉆孔巷道混合抽放.目前我國已經(jīng)進(jìn)入綜合抽采瓦斯階段，即把開采層瓦斯采前預(yù)抽、卸壓鄰近層瓦斯邊采邊抽及采空區(qū)瓦斯采后抽等多種方法在一個(gè)采區(qū)內(nèi)綜合使用，使瓦斯抽采量及抽采率達(dá)到最高。

2 影響因素分析

2.1 自然因素

影響抽放效果的自然因素主要包括礦井瓦斯儲量和煤層的天然透氣系數(shù)。

2.1.1 礦井瓦斯儲量是礦井開采過程中能夠向礦

井排放的瓦斯量.主要取決于煤層保存瓦斯的自然條件，諸如煤、巖層的結(jié)構(gòu)和物理化學(xué)性質(zhì)，成煤后的地質(zhì)運(yùn)動(dòng)和地質(zhì)構(gòu)造等。

2.1.2 煤層透氣系數(shù)是決定未卸壓煤層抽放效果的關(guān)鍵性因素

我國多數(shù)煤層屬低透氣性煤層，進(jìn)行瓦斯預(yù)抽比較困難，須采用專門措施增加其透氣性，提高瓦斯抽放率。

2.2 技術(shù)因素

2.2.1 瓦斯抽放泵。抽放泵是抽出瓦斯的動(dòng)力源，其性能直接決定了管路里的瓦斯流量和壓力，是影響瓦斯抽放率的主要因素之一。

2.2.2 管路。選擇瓦斯抽放管路是決定抽放投資和抽放效果的重要因素之一。主要影響因素有管道長度、直徑、阻力和接頭的密封性。

2.2.3 鉆機(jī)和鉆孔參數(shù)。影響抽放效果的鉆孔參數(shù)主要有：①鉆孔直徑。鉆孔直徑大，鉆孔暴露煤的面積也大，則鉆孔瓦斯涌出量也較大；②鉆孔角度；③鉆孔長度。單一鉆孔的瓦斯抽放量與其長度基本上成正比關(guān)系，因此在鉆機(jī)性能和施工技術(shù)水平允許的的條件下，盡量采用長鉆孔以增加抽放量和效益；④鉆孔間距。鉆孔間距減小，在一個(gè)鉆場內(nèi)的鉆孔數(shù)目增加，瓦斯抽出量也增加，同時(shí)每個(gè)單孔的抽出量減少。鉆孔數(shù)目越多，瓦斯量衰減越快，鉆孔數(shù)目減少，瓦斯量衰減越慢。所以，如果有較長的抽放時(shí)間，孔數(shù)可少些，如果抽放時(shí)間較短，孔數(shù)可多些。但孔數(shù)多了又不經(jīng)濟(jì)，因而要針對采區(qū)的實(shí)際條件、瓦斯儲量、預(yù)計(jì)的抽放率來決定；⑤抽放負(fù)壓。抽放負(fù)壓越大，抽放量越大，但當(dāng)負(fù)壓到一定程度后，抽放效果就不會(huì)明顯增加，有時(shí)反而會(huì)影響抽放效果，要根據(jù)具體情況確定；⑥孔口密封材料與技術(shù)。進(jìn)入抽放系統(tǒng)的空氣有80%以上是通過鉆孔吸入的，如果鉆孔空氣的吸入量減少1/2～1/3，鉆孔的瓦斯量可望增加1.5～2倍。因此，國外很重視封孔質(zhì)量，對材料、長度都作了明確規(guī)定，如封孔材料要求用聚胺脂，封孔長度規(guī)定為 10～15m。

2.2.4 瓦斯抽放管理。管理水平的高低直接影響抽放效果的好壞。瓦斯抽放日常管理工作主要有：瓦斯基礎(chǔ)參數(shù)觀測及記錄、瓦斯泵站管理、管路敷設(shè)與拆除、鉆孔檢查、管網(wǎng)巡檢放水等。

3 解決對策

針對上述分析，結(jié)合現(xiàn)在常用技術(shù)，給出以下提高抽放效果的對策。

3.1 人工增加煤層透氣系數(shù)

煤層的透氣性系數(shù)是決定鉆孔抽放量的主要因素，煤層自然透氣性好，抽放效果就好。通過機(jī)械、化學(xué)等人工干預(yù)方式可以在局部強(qiáng)制改善煤層的孔隙及裂縫結(jié)構(gòu)，從而提高煤層透氣性，這是提高瓦斯抽放率的重要途徑。目前國內(nèi)外試驗(yàn)與應(yīng)用的措施有：水力割縫、水力壓裂、松動(dòng)爆破、煤物化、交叉鉆孔、煤層

3.2 合理選擇抽放方法

合理選擇抽放方法是提高抽放效果的關(guān)鍵，選擇抽放方法應(yīng)深入分析煤層賦存條件、瓦斯來源及涌出規(guī)律、開采布置及開采程度、瓦斯利用前景等。不同煤礦的現(xiàn)場條件，采用抽放方式也會(huì)有很大的不同。 一般來說其總的原則是：

3.2.1 如果瓦斯存在于開采層本身，即可以采用鉆孔或巷道預(yù)抽形式直接把瓦斯從回采層中抽出。

3.2.2 如果瓦斯主要存在于開采煤層的頂、底板鄰近煤層內(nèi)，可以采用頂?shù)装迕簬r中的巷道，打一些穿至鄰近煤層的鉆孔將臨近層瓦斯抽出。

3.2.3 如果在采空區(qū)或廢棄巷道內(nèi)有大量的瓦斯涌出，即可以用采空區(qū)抽放形式加以消除。

3.2.4 如果在煤巷掘進(jìn)時(shí)就已遇到嚴(yán)重的瓦斯涌出，而且用通風(fēng)方法難以解決時(shí)，則需采用在掘進(jìn)工作開始前的鉆孔預(yù)抽或巷道邊掘邊抽的方法加以解決。

3.2.5 如果煤層的透氣性差，利用鉆孔或巷道又不易直接抽出瓦斯，掘進(jìn)時(shí)瓦斯也不大，而在回采的時(shí)候卻有大量瓦斯涌出，則需采用邊采邊抽，輔以深孔爆破、大直徑密集鉆孔以及可以改變煤層透氣性的方法加以解決。

3.3 合理選擇抽放設(shè)備及鉆孔參數(shù)

合理選擇鉆孔參數(shù)包括：

3.3.1 增大鉆孔直徑。大直徑孔的瓦斯抽出量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于小直徑孔，而且有較長的穩(wěn)定時(shí)間。但是大直徑孔在使用上有它的局限性，特別是在巖石巷向煤層中打鉆孔抽放時(shí)就更加難于施工，目前鉆孔直徑一般為 60～110 mm。

3.3.2 鉆孔長度。開采層瓦斯抽放鉆孔的長度越大，露出煤面越多，瓦斯涌出量越大，抽放效果越好；鄰近層瓦斯抽放，鉆孔一般要穿過所要預(yù)抽的煤層，但它受鉆機(jī)設(shè)備和打鉆技術(shù)的影響，考慮打鉆效率和打鉆質(zhì)量，鉆孔長度一般大于60m。

3.3.3 提高孔口密封質(zhì)量。我國目前封孔材料多用水泥砂漿，封孔長度一般未超過5m，其封孔質(zhì)量與國外相比存在一定差距。國外普遍用聚胺脂，封孔長度為10～15m。

3.3.4 抽放負(fù)壓。目前的封孔技術(shù)條件不適應(yīng)高負(fù)壓抽放，負(fù)壓過高會(huì)導(dǎo)致漏氣、降低抽出瓦斯?jié)舛群统榉判Ч?，因此一般孔口?fù)壓不超過14kPa為宜。

4 總結(jié)

煤礦瓦斯事故現(xiàn)已成為影響煤礦企業(yè)安全生產(chǎn)的重要因素之一，對其進(jìn)行相應(yīng)的治理已經(jīng)勢在必行。就瓦斯抽放技術(shù)而言,其絕對能夠擔(dān)當(dāng)這一重任，這也是現(xiàn)階段煤礦瓦斯治理的最佳選擇?？梢哉f煤礦瓦斯的治理工作任重而道遠(yuǎn)，為保障煤礦開采過程中的安全性，必須不斷提高煤礦瓦斯的抽放效率和抽放量，而想要實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)就必須將重點(diǎn)放在瓦斯抽放技術(shù)上面，只有應(yīng)用最科學(xué)、最合理的瓦斯抽放技術(shù),才能保證礦井安全生產(chǎn)。

［1］王永安，朱文輝.礦井瓦斯防治[M].北京：煤炭工業(yè)出版社，2007.

［2］李勇.瓦斯抽放是礦井安全高效的重要手段[J].科技咨詢導(dǎo)報(bào)，2007(20).