煤礦瓦斯治理“先抽后采”技術(shù)的應(yīng)用

李甘霖

（貴州雄興礦業(yè)有限責(zé)任公司火燒鋪煤礦雄興井區(qū)，貴州 六盤(pán)水 553539）

一、“先抽后采”的理論概念及相關(guān)概述

“先抽后采”的理論概念是在本世紀(jì)初，在認(rèn)真總結(jié)了我國(guó)煤礦開(kāi)采安全管理工作經(jīng)驗(yàn)的過(guò)程中提出的，目的是為了建立長(zhǎng)效的安全管理制度，并以瓦斯防治工作為實(shí)踐目的，體現(xiàn)以預(yù)防為主、治本為策的技術(shù)應(yīng)用理念。從我國(guó)實(shí)際事故發(fā)生的原因、解決措施及預(yù)防措施方面，對(duì)“先抽后采”的開(kāi)采技術(shù)理念進(jìn)行分析。煤層瓦斯不宜在采前進(jìn)行抽放，因此在采挖的過(guò)程中，應(yīng)結(jié)合瓦斯釋放量的大小，根據(jù)開(kāi)挖煤層的具體施工條件，制定合理的開(kāi)采流程，并防止產(chǎn)生煤和瓦斯突然噴出的現(xiàn)象。

二、煤礦瓦斯的風(fēng)險(xiǎn)

（一）瓦斯爆炸的原理分析

瓦斯爆炸在本質(zhì)上是一種劇烈的燃燒反應(yīng)，這類反應(yīng)的過(guò)程極為復(fù)雜，游離基的鏈鎖反應(yīng)是燃燒反應(yīng)的實(shí)質(zhì)。瓦斯氣體吸收足夠的熱量后，氣體分子的鏈會(huì)立刻斷裂，離解成多個(gè)游離基。游離基很活潑，條件適合時(shí)，游離基又可以繼續(xù)分解，再形成多個(gè)游離基。這樣一直反應(yīng)下去游離基會(huì)越來(lái)越多，反應(yīng)速率也越來(lái)越大，最終產(chǎn)生爆炸。

（二）發(fā)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(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為：CH4+2O2→CO2+2H2O，條件為點(diǎn)燃。由方程式可以看出瓦斯爆炸發(fā)生的條件為適合的氧氣濃度、點(diǎn)火源、以及足夠的瓦斯?jié)舛取?/p>

1.足夠的瓦斯?jié)舛?。瓦斯爆炸的界限約為為5%～16%。當(dāng)瓦斯的濃度低于5%時(shí)，不會(huì)爆炸。當(dāng)瓦斯?jié)舛冗_(dá)到9.5%時(shí)，這時(shí)由于氧和甲烷氣體完全反應(yīng)，所以爆炸的威力最大。而當(dāng)瓦斯?jié)舛冗_(dá)到16%以上，瓦斯氣體會(huì)失去其爆炸性。而當(dāng)?shù)V井通風(fēng)系統(tǒng)出現(xiàn)問(wèn)題而引起瓦斯積聚或發(fā)生突然的煤與瓦斯突出時(shí)，瓦斯?jié)舛葧?huì)在很短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到這一濃度范圍。

2.適合的氧氣濃度。通過(guò)以往實(shí)驗(yàn)證明，瓦斯的爆炸界限會(huì)隨著氧氣濃度的降低而減小，在氧氣濃度減少到12%以下時(shí)瓦斯氣體會(huì)失去爆炸性。而在井下實(shí)際環(huán)境中，通過(guò)對(duì)巷道進(jìn)行通風(fēng)，礦井空氣中氧氣的濃度一般會(huì)在20%以上。因此，氧氣濃度這一條件始終存在。

3.點(diǎn)火源。在正常的大氣環(huán)境下，瓦斯的引火溫度為650℃～750℃，最小點(diǎn)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(fēng)流中的瓦斯?jié)舛?，消除煤與瓦斯突出對(duì)煤礦安全生產(chǎn)的威脅，國(guó)家相關(guān)規(guī)定符合瓦斯抽采條件的礦井必須開(kāi)展瓦斯抽采，并且提前3～5年制定抽采瓦斯規(guī)劃，每年年底前編制下年度的抽采瓦斯計(jì)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(méi)有一個(gè)非常合理的定義。據(jù)研究煤礦瓦斯抽放是利用瓦斯泵抽放瓦斯，在負(fù)壓下人工抽取高濃度瓦斯并把它通過(guò)與巷道隔離的管網(wǎng)抽到地面。國(guó)家安全生產(chǎn)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《煤礦瓦斯抽放規(guī)范》定義瓦斯抽放是采用專用設(shè)備和管路把煤層、巖層和采空區(qū)中的瓦斯抽出或排出的措施?！睹旱V科技術(shù)語(yǔ)第8部分:煤礦安全》定義，瓦斯抽放是采用專用設(shè)施，把煤層、巖層及采空區(qū)中的瓦斯抽出或排出的技術(shù)措施。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《煤層氣(煤礦瓦斯)利用導(dǎo)則》定義煤礦瓦斯抽采是在井下采用專用設(shè)備和管路抽出煤礦瓦斯的方式。從以上幾個(gè)定義可以歸納出瓦斯抽采特征：

1.設(shè)施:須用專用設(shè)備或管路。利用機(jī)械設(shè)備和專用管道造成的負(fù)壓，將煤層中存在或釋放出來(lái)的瓦斯抽出來(lái)，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(chǎng)所:瓦斯抽采到底抽哪里的瓦斯，有兩種說(shuō)法，一種具體些，指煤層、巖層及采空區(qū)中的瓦斯;一種宏觀些，指煤礦瓦斯。

4.目的:通過(guò)抽采降低礦井風(fēng)流中的瓦斯?jié)舛?，?lái)改善礦井的安全生產(chǎn)條件和安全狀況。后來(lái)發(fā)展到降低煤層中的瓦斯防止煤與瓦斯突出。

5.抽采量計(jì)量:單個(gè)鉆孔、采煤工作面或礦井瓦斯抽采量計(jì)算時(shí)都只計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下純瓦斯(甲烷)量。

根據(jù)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(qū)抽采都屬于煤礦瓦斯抽采，因?yàn)槎汲槿〉氖菑V義上的煤礦瓦斯。而順層長(zhǎng)鉆孔、底板穿層鉆孔抽采歸為瓦斯抽采就顯得不嚴(yán)謹(jǐn)，因?yàn)榇藭r(shí)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?yàn)樗鼪](méi)有涌入到采掘空間，也不符合狹義上的瓦斯定義，即單獨(dú)指甲烷。按照煤層氣的定義，此類抽采應(yīng)歸類為煤層氣抽采，因?yàn)榇祟惓椴伤槿〉氖敲簩?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(yīng)用實(shí)踐

（一）保護(hù)層開(kāi)采期間的煤礦瓦斯抽采

保護(hù)層工作面開(kāi)采期間的瓦斯主要來(lái)于本煤層、采空區(qū)、鄰近層的卸壓瓦斯，其瓦斯抽采方法主要有環(huán)行裂隙圈內(nèi)頂板走向穿層鉆孔法、頂板走向順層長(zhǎng)鉆孔、頂板走向高抽巷、采空區(qū)埋管、采空區(qū)尾抽等。開(kāi)采保護(hù)層時(shí)，應(yīng)當(dāng)同時(shí)抽采被保護(hù)層和鄰近層的煤層瓦斯。

（二）區(qū)域突出危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)

突出礦井在開(kāi)采過(guò)程中，必須對(duì)所有突出煤層進(jìn)行區(qū)域突出危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)。這是因?yàn)橥怀雒簩痈鱾€(gè)區(qū)域的突出危險(xiǎn)程度是有一定差別的，存在著有突出危險(xiǎn)區(qū)和無(wú)突出危險(xiǎn)區(qū)兩種情況，這樣就為煤礦安全管理人員提供更科學(xué)地對(duì)突出煤層進(jìn)行差別化管理；在無(wú)突出危險(xiǎn)區(qū)域可以節(jié)省區(qū)域防突措施的人力、物力、財(cái)力，并有利于緩解煤礦采掘接替緊張局面。另外，在進(jìn)行區(qū)域危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)時(shí)，應(yīng)優(yōu)先選擇瓦斯壓力，只有在沒(méi)有或者缺少瓦斯壓力資料時(shí)才采用瓦斯含量指標(biāo)，其瓦斯壓力、瓦斯含量指標(biāo)的臨界值應(yīng)該經(jīng)過(guò)實(shí)際考察確定（或采用井下實(shí)測(cè)值）。

五、結(jié)語(yǔ)

在瓦斯開(kāi)采安全治理的過(guò)程中，應(yīng)首先在有條件的基礎(chǔ)上盡可能的采取優(yōu)先采用的原則，將區(qū)域性的瓦斯治理方法進(jìn)行多樣化分析，并要強(qiáng)調(diào)突出危險(xiǎn)煤層采用區(qū)域性“先抽后取”采樣方法的作用。