礦井瓦斯綜合抽采技術(shù)研究

摘 要：瓦斯在煤礦礦井的生產(chǎn)作業(yè)災(zāi)害中屬于主要災(zāi)害，治理難度大，事故致死率高，阻礙了礦井的安全、高效生產(chǎn)。礦井瓦斯綜合抽采技術(shù)，可以按照抽采作業(yè)與采掘作業(yè)的相對時(shí)間關(guān)系、瓦斯來源、抽采工藝3種標(biāo)準(zhǔn)分類?，F(xiàn)有礦井瓦斯綜合抽采技術(shù)的抽采量小、抽采率低的問題，抽采、掘進(jìn)、開采的銜接十分緊張，不能治理礦井瓦斯。為了解決這些問題，礦井工作人員可以采用本煤層順層鉆孔抽放礦井瓦斯法、高位抽放鉆孔抽放礦井瓦斯法、采空區(qū)埋管抽放礦井瓦斯法、地面鉆孔抽采之地面“群孔”抽采礦井瓦斯法、采用保護(hù)層開采思路使煤層相互卸壓法等礦井瓦斯綜合抽采技術(shù)。

關(guān)鍵詞：礦井;瓦斯;抽采技術(shù)

我國煤礦為社會上的許多產(chǎn)業(yè)都提供了能源，然而，礦井中的瓦斯威脅著生產(chǎn)作業(yè)的安全。此外，瓦斯也是一種可以發(fā)電的氣體。因此，本文研究礦井瓦斯綜合抽采技術(shù)。

1 礦井瓦斯的危害與研究綜合抽采技術(shù)的必要性

1.1 礦井瓦斯的危害

在煤礦礦井的生產(chǎn)作業(yè)中，瓦斯屬于一種主要災(zāi)害，而且在各種煤礦礦井主要災(zāi)害中，治理難度最大;一旦發(fā)生事故，致死率也最高。煤層中總有瓦斯。開采高瓦斯煤層群時(shí)，工作面上方的覆巖層容易受到開采作業(yè)的影響而受損、垮落至采空區(qū)，從而在位于開采煤層上部的垮落區(qū)形成一個(gè)裂隙帶，導(dǎo)致鄰近煤層的瓦斯、采空區(qū)的瓦斯涌向裂隙帶，最終形成一個(gè)瓦斯聚集區(qū)域。同樣地，本煤層開采還會影響底板，導(dǎo)致煤層底板也形成裂隙帶，其下的多組煤層中的瓦斯也會涌向這個(gè)裂隙帶，也形成瓦斯聚集區(qū)域。最終，工作面的瓦斯就會超出限額，阻礙礦井的安全、高效生產(chǎn)。

1.2 礦井瓦斯綜合抽采技術(shù)的分類

礦井瓦斯綜合抽采技術(shù)，可以按照抽采作業(yè)與采掘作業(yè)的相對時(shí)間關(guān)系、瓦斯來源、抽采工藝3種標(biāo)準(zhǔn)分類。按照抽采作業(yè)與采掘作業(yè)的相對時(shí)間關(guān)系，礦井瓦斯的綜合抽采技術(shù)可以分為采前抽采、采中抽采以及采后抽采;而按照瓦斯來源，礦井瓦斯的綜合抽采技術(shù)也可以分為開采層瓦斯抽采、采空區(qū)瓦斯抽采、鄰近層瓦斯抽采;如按抽采工藝分類，礦井瓦斯的綜合抽采技術(shù)還可以分為地面鉆孔抽采、井下鉆孔抽采、巷道抽采、鉆孔巷道混合抽采、埋管抽采、插管抽采，等等。再細(xì)分的話，開采層瓦斯抽采中，又包括了本煤層區(qū)域預(yù)抽、掘進(jìn)工作面抽采和回采工作面抽采;鉆孔抽采中，又包括了順層鉆孔、交叉鉆孔、穿層鉆孔、高位鉆孔、長距離定向水平鉆孔，等等。

由此可見，礦井瓦斯綜合抽采技術(shù)可以分為非常多的類別。在實(shí)際的礦井瓦斯抽采作業(yè)中，應(yīng)當(dāng)綜合考量煤層的情況、瓦斯的來源、可用的抽采工藝技術(shù)，選擇最適合實(shí)際情況的礦井瓦斯綜合抽采技術(shù)。

1.3 現(xiàn)有礦井瓦斯綜合抽采技術(shù)的不足

目前，我國煤礦礦井井下瓦斯抽采作業(yè)中，雖然主要觀念已經(jīng)從“先采氣，后采煤”經(jīng)過“采氣、采煤一體化”又發(fā)展到了“煤層氣與煤炭資源協(xié)調(diào)開發(fā)、高效共采”的階段，整體取得了非常大的進(jìn)步，大量開展了針對各類礦區(qū)條件的研究工作，但是仍然普遍存在著抽采量小、抽采率低的問題，抽采、掘進(jìn)、開采的銜接十分緊張，治理瓦斯災(zāi)害的難度也越發(fā)加大，結(jié)果就是煤礦企業(yè)的安全生產(chǎn)、高效發(fā)展日益受到制約。以回采工作面的瓦斯涌出治理為例，原有的治理方法是風(fēng)排;但現(xiàn)在，風(fēng)排的治理方法已經(jīng)不能保證工作面的安全、生產(chǎn)的高效了，特別是在單進(jìn)單回設(shè)計(jì)的工作面巷道中，風(fēng)速、風(fēng)量受限，結(jié)果回流風(fēng)的瓦斯?jié)舛染统３３鱿揞~。

因此，原有的礦井瓦斯綜合抽采技術(shù)，抽采效率不夠，不能徹底地治理礦井瓦斯，已不能適應(yīng)礦井生產(chǎn)需求。所以，為了保障煤礦礦井的安全、高效生產(chǎn)，也為了減小礦井井下通風(fēng)的阻力，有必要研究瓦斯綜合抽采技術(shù)。

2 對礦井瓦斯的綜合抽采技術(shù)的研究

2.1 本煤層順層鉆孔抽放礦井瓦斯法

《煤礦瓦斯抽采達(dá)標(biāo)暫行規(guī)定》規(guī)定了工作面煤層殘余瓦斯的指標(biāo)，所以礦井工作人員應(yīng)當(dāng)降低回采時(shí)的本煤層的絕對瓦斯涌出量。為此，煤礦礦井的工作人員可以根據(jù)礦井工作面的實(shí)際情況，使用本煤層順層鉆孔抽放的礦井瓦斯綜合抽采技術(shù)。比如伯方煤礦的3305工作面的工作人員，在回風(fēng)順槽前進(jìn)方向的右?guī)?，就打了順層鉆孔。具體來說，工作人員在3305工作面的切眼向外15m回風(fēng)順槽內(nèi)，每5m就施工一個(gè)本煤層鉆孔;在煤層瓦斯含量較高的區(qū)域，以及千米鉆機(jī)定向鉆孔未覆蓋的區(qū)域中，每隔3m就施工一個(gè)本煤層鉆孔。每5個(gè)鉆孔作為1組，與抽放管路相連。各鉆孔設(shè)計(jì)深度均為195m。

2.2 高位抽放鉆孔抽放礦井瓦斯法

工作面上，上隅角的瓦斯?jié)舛纫彩怯邢揞~的，這個(gè)部位的瓦斯可以用高位抽放鉆孔的方法來抽放，從而降低采空區(qū)、臨近層的瓦斯含量。比如說，礦井工作人員可以沿著工作面的回風(fēng)順槽，每隔300m就布置一個(gè)鉆場，也就是說在200m、500m、800m、1100m、1400m處設(shè)置5個(gè)高位鉆場，每個(gè)鉆場都5m×3.5m和10m×2m的兩個(gè)部分組成。然后，在煤層的回風(fēng)順槽內(nèi)，沿著頂板向采空區(qū)的方向打出3個(gè)長距離定向高位鉆孔，各鉆孔都要打到采空區(qū)上方的頂板裂隙帶內(nèi)，從而通過裂隙溝通鉆孔與工作面及上部垮落頂板處，形成一個(gè)通道。接著，使用瓦斯抽放泵，在這個(gè)通道內(nèi)施加很大的負(fù)壓，就能抽出大量的、高濃度的卸壓瓦斯。

2.3 采空區(qū)埋管抽放礦井瓦斯法

為了治理積聚在上隅角的瓦斯，常用采空區(qū)埋管抽放瓦斯的方法。具體實(shí)施方法可以是，在工作面的回風(fēng)巷上隅角處，鋪設(shè)DN426低負(fù)壓螺旋焊縫鋼管抽放管路。如果上隅角的瓦斯?jié)舛纫话?，那就每?2m預(yù)埋一個(gè)抽放立管預(yù)埋件;如果上隅角的瓦斯?jié)舛容^大，就每隔6m預(yù)埋一個(gè)抽放立管預(yù)埋件。

2.4 地面鉆孔抽采之地面“群孔”抽采礦井瓦斯法

地面鉆孔瓦斯抽采技術(shù)，就是在地面鉆孔，抽取煤礦礦井煤層的瓦斯氣體，主要工序包括鉆孔、完井、固井、強(qiáng)化處理煤層、排水、抽氣、分離水氣，等等。以新集一礦為例，在13、28兩個(gè)采區(qū)的施工地面，共計(jì)鉆井12口，區(qū)域聯(lián)網(wǎng)，總共抽采了1316.4萬m3的瓦斯氣體，其中單井的抽采量高達(dá)256.4萬m3，從而解決了突出煤層預(yù)先抽采時(shí)的耗時(shí)過長、工程量過大等等問題，直接節(jié)約了1144.66萬元的成本，獲得了寶貴的治理煤礦礦井瓦斯氣體災(zāi)害的經(jīng)驗(yàn)。

2.5 采用保護(hù)層開采思路，使煤層相互卸壓

一個(gè)煤層在受到開采后，煤層間的裂隙就會充分發(fā)育，從而為距離它最近的煤層卸壓、增透。比如，在新集二礦中，9煤層、8煤層兩個(gè)煤層非常接近，煤層間距僅有17m。于是，煤礦礦井的工作人員首先開采了9煤層，9煤層的層間裂隙就充分地發(fā)育了，起到了為8煤層卸壓、增透的效果。這個(gè)過程中采用了保護(hù)層開采的思路，9煤層就是8煤層的保護(hù)層。為了讓抽采8煤層的卸壓瓦斯，讓8煤層的卸壓瓦斯進(jìn)入9煤層，在8煤層底板上采用網(wǎng)格式上向穿層鉆孔的作業(yè)方法。接著，8煤層受到開采后，距離8煤層較遠(yuǎn)（35m）的6-1煤層也卸壓、增透了。這樣一來，8煤層又成了6-1煤層的保護(hù)層。新集公司的還規(guī)定了保護(hù)層應(yīng)先于掘進(jìn)穿層條帶至少6個(gè)月超前預(yù)先抽采，從而確保保護(hù)層起到良好的瓦斯抽采效果;在保護(hù)層卸壓抽采瓦斯的方面，新集公司改變了以往傳統(tǒng)的逐個(gè)連接鉆孔抽采的方法，而是直接封閉底抽巷，實(shí)施巷抽。這種礦井瓦斯綜合抽采方法，提高了礦井的瓦斯抽采濃度（以往為5%，現(xiàn)在超過了20%）、抽采量（以往為5m3/min，現(xiàn)在超過了20m3/min），可以說效果非常顯著。

3 結(jié)語

礦井瓦斯的綜合抽采，并沒有固定的技術(shù)，施工方案非常靈活多變。因此，作為礦井的瓦斯抽采工作人員，應(yīng)當(dāng)根據(jù)礦井的實(shí)際情況，采取合適的礦井瓦斯綜合抽采技術(shù)，從而保障煤礦生產(chǎn)作業(yè)的安全、高效，進(jìn)而保障我國的煤炭能源供應(yīng)源源不斷，促使我國各行各業(yè)都興旺發(fā)達(dá)地發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]郝曉偉.中興礦1415綜采工作面瓦斯綜合抽采技術(shù)研究與應(yīng)用[J].煤炭與化工，2019，42（12）：90-93.

作者簡介：

張超（1992- ），男，山西文水縣人，2015年畢業(yè)于山西大同大學(xué)礦井通風(fēng)與安全專業(yè)，主要從事礦井通風(fēng)與瓦斯治理工作。