抽采利用技術(shù)在煤礦瓦斯防治中的有效應(yīng)用

（陽泉煤業(yè)集團(tuán)長溝煤礦有限責(zé)任公司 山西 032700）

引言

我國的煤礦企業(yè)對于瓦斯的抽采工作具有極高的重視，瓦斯的抽采是瓦斯治理的重要內(nèi)容，有助于解決開采過程中的安全問題。為降低煤礦瓦斯事故發(fā)生的可能性，需要優(yōu)化和完善瓦斯抽采技術(shù)，加強(qiáng)瓦斯管理制度的建設(shè)。本文從理論和實際出發(fā)，重點分析了煤礦抽采技術(shù)，為優(yōu)化和創(chuàng)新煤礦開采工作提供一定的借鑒。

1.概述

瓦斯主要是一些有機(jī)物或動物纖維，在高溫高壓的環(huán)境下發(fā)生物理化學(xué)變化分解，產(chǎn)生了瓦斯氣體。瓦斯的主要成分是甲烷，具有可燃性，無色無味[1]。濃度一定時，如果遇到火源，很容易發(fā)生爆炸，造成安全事故，對煤礦的工人造成生命財產(chǎn)的威脅。在煤礦生產(chǎn)中，對于煤礦瓦斯的治理和利用有著一定的理論基礎(chǔ)和制度要求，瓦斯的防治工作采用“先抽后采、以風(fēng)定產(chǎn)、檢測監(jiān)控”的方針，其中強(qiáng)調(diào)了采煤采氣一體化的概念，旨在全面提升煤礦的生產(chǎn)效率與質(zhì)量，促進(jìn)煤礦瓦斯抽采的有序開展。

瓦斯主要是以瓦斯涌出的形式造成安全事故，瓦斯存在于煤層中，能夠持久而緩慢的涌出。隨著采掘等作業(yè)的進(jìn)行，瓦斯涌出量逐漸增加，瓦斯?jié)舛戎饾u升高，如果瓦斯?jié)舛冗_(dá)到報警濃度，則必須停止作業(yè)活動并進(jìn)行處理。瓦斯還可以通過有裂縫的位置，瞬間噴出，井下從業(yè)人員如果對作業(yè)環(huán)境內(nèi)的氣體沒有認(rèn)真檢查，準(zhǔn)備工作不到位，那么在遇到瓦斯聚集的區(qū)域，就容易造成瓦斯的瞬間噴出，此時遇到電火花就能點燃瓦斯，引起爆炸。此外，還存在瓦斯伴隨巖石與煤同時噴出的可能，這種方式對煤礦生產(chǎn)造成的破壞最大，在短期內(nèi)難以實現(xiàn)復(fù)工復(fù)產(chǎn)，且事故的處理具有更高的綜合性與難度[2]。

2.煤礦瓦斯的抽采現(xiàn)狀

在我國煤礦企業(yè)的生產(chǎn)中，瓦斯抽采的方式主要是井下抽采和地面鉆井抽采。其中，井下抽采具有技術(shù)要求低、投資成本少的特點，自20世紀(jì)40年代開始已達(dá)到技術(shù)的成熟，在煤礦企業(yè)中有廣泛的應(yīng)用。能有效實現(xiàn)減少礦井與采空區(qū)瓦斯涌出，同時有效防止瓦斯泄漏。目前我國的井下瓦斯抽采存在規(guī)模小、部分地區(qū)因濃度低而無法加以利用的情況，在瓦斯抽采的工作面，瓦斯抽采量與利用量僅為73.5億立方米和25億立方米。地面瓦斯抽采系統(tǒng)建設(shè)周期長、費用高、風(fēng)險大，涉及征地、環(huán)保、設(shè)計審批等諸多環(huán)節(jié)，因而對于企業(yè)來說成本較高，但從長遠(yuǎn)來說，地面抽采的效率和安全性是井下抽采不可比擬的。因此，需要結(jié)合企業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀，加強(qiáng)瓦斯抽采全新實踐理論的建立和完善，探索瓦斯抽采的新技術(shù)、新設(shè)備和新工藝等，從而有效保障瓦斯抽采的質(zhì)量和效率，保障礦井生產(chǎn)的安全性的同時，實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益的最大化[3]。

3.現(xiàn)有瓦斯抽采技術(shù)在煤礦開采中的應(yīng)用

如圖1所示，根據(jù)抽采區(qū)域的不同，有著不同的瓦斯抽采技術(shù)。在本煤層中，主要采用圖中所示方式進(jìn)行瓦斯抽采。在采空區(qū)進(jìn)行瓦斯抽采時，由于采空區(qū)的瓦斯來源于開采層與鄰近層的瓦斯的匯集，容易在開采空間中形成二次瓦斯源，因此必須有專門的、獨立的瓦斯抽采措施。在臨近層中，采煤和采氣同時進(jìn)行，隨著工作面的推進(jìn)，層外的開采卸壓，導(dǎo)致卸壓瓦斯的出現(xiàn)，根據(jù)臨近層與開采層的位置關(guān)系，可分為上臨近層與下臨近層，采用相似的抽采方式。在圍巖地區(qū)，容易受到開采層的工作影響，導(dǎo)致開采層頂?shù)装宄霈F(xiàn)瓦斯泄漏或者圍巖的裂隙噴出瓦斯，必須嚴(yán)加防范。

圖1 現(xiàn)有瓦斯抽采技術(shù)

4.三區(qū)聯(lián)動抽采技術(shù)分析

三區(qū)聯(lián)動抽采技術(shù)是一項較先進(jìn)的技術(shù)，在煤礦生產(chǎn)中有著廣泛的應(yīng)用。將采煤與采氣結(jié)合起來，進(jìn)行統(tǒng)籌規(guī)劃，實現(xiàn)瓦斯抽采與礦井工作與礦井建設(shè)的有效結(jié)合。三區(qū)聯(lián)動的瓦斯抽采技術(shù)，建立在礦井的規(guī)劃與瓦斯抽取現(xiàn)狀的基礎(chǔ)之上，能夠有效提高區(qū)域間的合作與交流，促進(jìn)地面預(yù)抽與井下抽采的結(jié)合，從而實現(xiàn)瓦斯抽采效率的提升。三區(qū)聯(lián)動的瓦斯抽采技術(shù)具有顯著的優(yōu)勢，體現(xiàn)在有效實現(xiàn)空間的良好結(jié)合，在地面準(zhǔn)備與井下抽采相結(jié)合的基礎(chǔ)上，促進(jìn)采煤與采氣的順利實現(xiàn)。三區(qū)聯(lián)動的瓦斯抽采技術(shù)，有助于開展煤礦的開采規(guī)劃工作。與此同時，三區(qū)聯(lián)動瓦斯抽采方式與地面抽采和長鉆孔抽采等多種方式相結(jié)合，有效保障瓦斯抽采效率，保證采煤的安全。

(1)地面預(yù)抽

地面預(yù)抽能夠?qū)崿F(xiàn)將高瓦斯煤層轉(zhuǎn)變?yōu)榈屯咚姑簩?，這一轉(zhuǎn)變能夠進(jìn)一步保證煤礦的生產(chǎn)安全，地面預(yù)抽是煤礦開采需要做的必要準(zhǔn)備工作，能夠有效降低瓦斯?jié)舛龋恍┌踩[患，提升生產(chǎn)的安全性。地面預(yù)抽對于煤礦開采具有重要的意義，地面預(yù)抽不受抽采時間和開采時間的限制，根據(jù)煤層瓦斯賦存的不同，確定不同的預(yù)抽時間，從而有效提升瓦斯的抽采率和利用率，為大面積的瓦斯抽采工作的開展奠定良好的基礎(chǔ)，從而形成規(guī)?；纳a(chǎn)和作業(yè)模式。

(2)井上井下聯(lián)動抽采

煤礦生產(chǎn)中受到閾值和抽采時間的影響，可分為規(guī)劃區(qū)、準(zhǔn)備區(qū)和生產(chǎn)區(qū)。規(guī)劃區(qū)包括地面抽采準(zhǔn)備區(qū)，指的是地面與井下聯(lián)合處采區(qū)，生產(chǎn)區(qū)主要指井下抽采區(qū)。對原有的開采區(qū)向開拓區(qū)進(jìn)行轉(zhuǎn)變，需要在井下將掘進(jìn)開拓巷道準(zhǔn)備好，改進(jìn)和優(yōu)化瓦斯抽采取的方式。通過地面抽采井，實現(xiàn)井上井下聯(lián)合抽采，能夠高效地降低煤層瓦斯量，從而保障生產(chǎn)的安全進(jìn)行。在瓦斯含量為8～16m3/t的開采層進(jìn)行作業(yè)時，需要結(jié)合煤層特性，做好準(zhǔn)備工作，在作業(yè)開始的前3～8a進(jìn)行井上井下聯(lián)動抽采。同時，為進(jìn)一步提高預(yù)抽效果，需要對鉆孔的布置方式進(jìn)行優(yōu)化，對鉆孔的規(guī)格進(jìn)行細(xì)致的規(guī)定，如密度、孔深、孔徑等。通過有效測定抽采半徑確定鉆孔密度，能優(yōu)化鉆孔間距，提升抽采量。加強(qiáng)抽采泵和管網(wǎng)布置的建設(shè)，還可以實現(xiàn)對抽采系統(tǒng)的進(jìn)一步優(yōu)化和完善。由于采用了以井下聯(lián)動抽采為主的作業(yè)方式，能夠?qū)崿F(xiàn)將開拓準(zhǔn)備區(qū)轉(zhuǎn)變?yōu)樯a(chǎn)區(qū)。如圖2所示，施工中主要采用水平鉆孔，將地面上抽采造成的裂縫與影響帶進(jìn)行有效聯(lián)通，保證直井壓裂裂縫和水平鉆孔的建設(shè)。構(gòu)建立體的抽采網(wǎng)絡(luò)，提升抽采效率并縮短工作周期，能夠降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率。

圖2 井上井下聯(lián)動抽采技術(shù)

(3)井下遞進(jìn)抽采

對瓦斯進(jìn)行遞進(jìn)式抽采，主要是通過建設(shè)和布置多條掘進(jìn)巷道中的回采工作面來實現(xiàn)。從外側(cè)的巷道內(nèi)向臨近工作面提前長鉆孔，長度以可覆蓋下一工作面兩巷道條帶為準(zhǔn)。以期實現(xiàn)在該工作面進(jìn)行掘進(jìn)時，能實現(xiàn)對下一工作面的采煤采氣，為下一工作面存留1～3a的抽采時間。采取遞進(jìn)式抽采能將回采工作面瓦斯涌出量最大程度降低，同時保障兩相鄰工作面的抽、采、掘正常進(jìn)行、順利交替，提高工作效率。同時應(yīng)當(dāng)注意到，對長鉆孔抽采進(jìn)一步細(xì)化，保證封孔質(zhì)量，提高鉆孔的使用效率，有效實現(xiàn)長期抽采。

5.結(jié)束語

總而言之，瓦斯事故是造成煤礦安全事故的重要隱患，極大的威脅了礦井生產(chǎn)的安全性，影響煤礦的經(jīng)濟(jì)效益。加強(qiáng)瓦斯抽采技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用，有助于降低煤層瓦斯含量，同時實現(xiàn)回采效率的提升，提升煤礦企業(yè)的效益，促進(jìn)煤炭行業(yè)的健康、可持續(xù)發(fā)展。為進(jìn)一步加強(qiáng)煤礦瓦斯防治和利用，要結(jié)合煤礦井下實際條件以及企業(yè)的發(fā)展規(guī)劃，引進(jìn)先進(jìn)的抽采技術(shù)與設(shè)備，加強(qiáng)抽采管理，提升以三區(qū)聯(lián)動抽采技術(shù)為代表的綜合抽采的應(yīng)用。