礦井采掘工程中瓦斯抽采技術(shù)與安全管理

張照倫

【摘 要】在煤礦重大惡性事故中，煤與瓦斯突出事故、瓦斯爆炸事故、瓦斯和煤層燃燒事故占有很大的比例，而杜絕這類事故的首要手段就是瓦斯治理，在打鉆進(jìn)行瓦斯抽采的過程中，由于技術(shù)上和施工工藝上的缺陷，從而導(dǎo)致瓦斯抽采效果不佳，瓦斯抽采不達(dá)標(biāo)，經(jīng)常發(fā)生瓦斯事故導(dǎo)致人員傷亡。

【關(guān)鍵詞】瓦斯抽采；礦井；開采

一、前言

瓦斯抽采瓦斯可以減少開采時的瓦斯涌出量，從而減少瓦斯隱患和各種瓦斯事故。是保證安全生產(chǎn)的一項預(yù)防性措施。其次，抽放瓦斯可以減少通風(fēng)負(fù)擔(dān)，能夠解除通風(fēng)不易解決的瓦斯難題，降低通風(fēng)費用。尤其針對瓦斯涌出量很大的礦井或采區(qū)，瓦斯抽放在技術(shù)上和經(jīng)濟上都是必須的。第三，煤層中的瓦斯同樣是一種地下資源，將瓦斯抽采出來送到地面作為燃料和原料加以利用，可以起到保護環(huán)境和提高經(jīng)濟效益的作用。近年以來，隨著開采水平逐漸向深部延深，礦井開采深度的增加，煤層瓦斯壓力和瓦斯含量也在逐年加大，一些礦井由低瓦斯礦井逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)楦咄咚沟V井或是煤與瓦斯突出礦井，瓦斯抽采不達(dá)標(biāo)、瓦斯抽采管理部到位，是導(dǎo)致瓦斯事故的主要原因。

二、礦井采掘工程中瓦斯抽釆技術(shù)

（一）順層鉆孔及穿層鉆孔抽采技術(shù)

目前對于大部分礦井來說，防治煤與瓦斯突出及瓦斯治理主要依靠施工鉆孔對突出危險區(qū)域及高瓦斯區(qū)域進(jìn)行卸壓抽放，雖然采取了措施，但事故仍然在頻頻發(fā)生。主要是沒有結(jié)合實際采取有效的治理措施。

1.順層鉆孔抽采

在施工順層鉆孔對區(qū)域煤體抽采瓦斯的過程中，要結(jié)合煤層性質(zhì)，合理進(jìn)行鉆孔布置，特別是對于煤層透氣性較差的煤層，要采取方法增加煤層透氣性，或是縮小鉆孔抽采半徑；對于地應(yīng)力大、煤層松軟、鉆孔施工過程中塌孔嚴(yán)重的鉆孔，采取全程下套管的方法，鉆孔施工完畢之后，根據(jù)煤層特性，確定合適的封孔深度，采用“兩堵一注”帶壓封孔，漿液能有效對封孔段裂隙進(jìn)行填充，確保鉆孔的氣密性，大大提高鉆孔抽采效果，根據(jù)經(jīng)驗，按照此方法封抽的鉆孔，單孔濃度能提高15%只40%。

2.穿層鉆孔抽采技術(shù)

在區(qū)域防突措施中，穿層鉆孔作為其中的一種，它能有效對煤巷掘進(jìn)條帶瓦斯進(jìn)行卸壓抽放，確保煤巷掘進(jìn)過程中的安全，但在部分煤礦中，由于瓦斯抽采巷布置不合理性，導(dǎo)致鉆孔施工難度加大，導(dǎo)致瓦斯治理不到位，從而發(fā)生瓦斯事故，根據(jù)經(jīng)驗，瓦斯治理巷預(yù)抽煤層掘進(jìn)條帶瓦斯選擇底板瓦斯抽采巷為宜，主要原因是頂板瓦斯抽采巷施工鉆孔容易造成鉆孔偏移，鉆孔施工過程中俯孔較多，不僅鉆孔施工困難，而且封抽鉆孔積水嚴(yán)重，抽采效果較差，在瓦斯抽采巷的鉆孔布置中，底板瓦斯抽采巷是同等頂板瓦斯抽采巷抽采效果的1.5-3倍。

（二）采空區(qū)抽采技術(shù)

按照煤礦采空區(qū)類別，在采煤生產(chǎn)中，瓦斯抽采可分為回采工作面采空區(qū)瓦斯抽采、老采空區(qū)瓦斯抽采、報廢礦井瓦斯抽采。

1.密閉抽采方法

密閉抽采法是抽采采空區(qū)瓦斯的一種常用和有效方法。此抽采法把采空區(qū)或回采工作面的進(jìn)、回風(fēng)巷都加以密閉，密閉墻厚為一至三米，灌筑砂、泥漿等材料，確保嚴(yán)密不漏風(fēng)。再把抽采管穿過回風(fēng)巷的密閉墻，伸入采空區(qū)內(nèi)進(jìn)行抽采，伸入以10m以上為好。抽采時，要對密閉內(nèi)的氣體成分、濃度、抽采負(fù)壓等參數(shù)經(jīng)常進(jìn)行監(jiān)測與控制，避免增大漏風(fēng)造成采空區(qū)浮煤自燃。這種方法抽出的瓦斯?jié)舛饶苓_(dá)25%-50%以上。

2.回采采空區(qū)插管、埋管抽采方法

回采采空區(qū)插管抽采法是將帶孔眼的管子在頂板冒落前直接插入采空區(qū)內(nèi)進(jìn)行抽采，插入采空區(qū)的管子直徑在75mm～100mm之間，位處采空區(qū)內(nèi)一端長2m～3m。管壁穿有小孔并用紗網(wǎng)包好，避免抽采中出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象。此管要盡可能靠近煤層頂部，置于瓦斯?jié)舛容^高的地點。此種瓦斯抽采方法抽出的瓦斯?jié)舛纫话阒挥?0%～25%，而操作簡單方便、成本較低。

為了確保抽采效果并對預(yù)埋管抽采管口進(jìn)行控制，應(yīng)采取以下方法中的一種。（1）雙埋管法。在第一條埋管埋入采空區(qū)達(dá)30m時，預(yù)埋第二條管路；此方法的優(yōu)點在于控制簡單，缺點是管材消耗較大。（2）氣動閥門控制法。通過遠(yuǎn)控實現(xiàn)采空區(qū)內(nèi)部各個抽采管口的氣動閥門的開閉。此方法能節(jié)省預(yù)埋管路，按實際情況對瓦斯抽采口進(jìn)行調(diào)節(jié)。但需要安設(shè)價格相對較高的氣動閥門，施工工藝質(zhì)量要求也很高。（3）遠(yuǎn)控膠囊控制法。這種方法基本原理同氣動閥門控制法，節(jié)省預(yù)埋管路，價格較低，能按具體情況對瓦斯抽采口進(jìn)行凋節(jié)。

3.向冒落拱上方打鉆抽采法

在開采保護層過程中，在打鉆抽采鄰近層卸壓瓦斯時，同時打鉆到冒落拱上方，主要目的是捕集處于冒落帶中的上鄰近層和未開采的煤分層中的瓦斯?？椎讘?yīng)位于直接頂上方5m～10m處。鉆孔之間的間距取10m～20m，抽采鉆孔的瓦斯?jié)舛葹?5%左右，在封孔高度等于開采層厚度的5-6倍時，瓦斯?jié)舛冗_(dá)到40%左右。

4.在基本頂巖石中打水平鉆孔抽采法

在涌入采空區(qū)的瓦斯來自開采煤層的頂板之上，而頂板為易于破碎的巖石，打鉆抽采存在困難，要采用從回風(fēng)巷向煤層上部掘一斜巷，進(jìn)入穩(wěn)定的巖層為止；在斜巷的末端作鉆場，逆工作面推進(jìn)方向打與煤層平行的鉆孔，孔徑為90mm～100mm，孔長按實際情況確定，在100m左右。從鉆孔中心到煤層頂板的距離則取決于直接頂厚度，通常為5m～10m。回采工作面在推進(jìn)中，鉆孔底端始終處在冒落拱上部，而孔口處于負(fù)壓狀態(tài)，所以，這種抽采方式能取得較好的抽采效果。

三、加強高瓦斯礦井及煤與瓦斯突出礦井設(shè)計工作

礦井建設(shè)單位與設(shè)計單位加強溝通聯(lián)絡(luò)，根據(jù)特定的地質(zhì)條件和煤層瓦斯情況合理優(yōu)化礦井設(shè)計。（1）煤與瓦斯突出礦井的設(shè)備選型，如單一依據(jù)勘探地質(zhì)報告資料對礦井主要通風(fēng)設(shè)施、主要瓦斯抽采設(shè)施等進(jìn)行設(shè)計選型，往往投產(chǎn)后即顯現(xiàn)能力不足。應(yīng)該結(jié)合煤層賦存條件和礦井開拓部署，均按照大功率、高可靠性的原則，對礦井主要扇風(fēng)機、礦井瓦斯抽采設(shè)備、檢測監(jiān)控系統(tǒng)等主要安全設(shè)備和設(shè)施進(jìn)行選型。（2）合理選取保護層。在礦井設(shè)計時，詳細(xì)分析研究勘探地質(zhì)和瓦斯資料，合理確定開采順序，選取沒有突出危險或突出危險性相對較弱的煤層作為保護層開采；不具備開采保護層條件時，則嚴(yán)格采用由上到下的順序開采方法。開采保護層后，使其上下相鄰的有突出危險的煤層受到采動影響而減少或喪失突出危險，實現(xiàn)安全施工。（3）主要巷道的斷面設(shè)計。礦井設(shè)計時，充分考慮礦井初期瓦斯治理的難度，合理確定瓦斯抽采率，盡量加大井巷斷面，提高礦井通風(fēng)保障能力。

四、結(jié)語

總之，我國已成為世界上瓦斯災(zāi)害最嚴(yán)重的國家，在復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造條件和嚴(yán)重瓦斯災(zāi)害威脅下，礦井建設(shè)要以通防和防突為重點，加強設(shè)計優(yōu)化，合理確定安全煤量，合理選取保護層，加強安全防護措施，這也是避免礦井建設(shè)重大通防事故的有效途徑，也提高了礦井建設(shè)質(zhì)量和建設(shè)速度。

【參考文獻(xiàn)】

[1] 肖永洲，李作明，管志召，等.黔北煤田地質(zhì)特點及采取對策[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，2008，36（3）.

[2] 國家煤礦安全監(jiān)察局.煤礦安全規(guī)程[M].北京：煤炭工業(yè)出版社， 2007.