高瓦斯礦井工作面瓦斯綜合抽采

＊高江濤

（山西潞安集團(tuán)左權(quán)阜生煤業(yè)有限公司 山西 046299）

1.礦井瓦斯抽采重要性

隨著工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模不斷擴(kuò)大，各行各業(yè)對于煤炭資源的需求量也在不斷增加?；谶@樣的發(fā)展背景，許多地區(qū)的煤礦開采不斷朝著深層開采，才能盡可能地滿足經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)要求。而在深層采煤過程中，礦井溫度、滲透壓等因素影響使得礦井瓦斯含量大幅增加，對采煤作業(yè)安全造成嚴(yán)重威脅。合理利用瓦斯抽采技術(shù)可以在較大程度上減小瓦斯?jié)舛龋苊饩峦咚節(jié)舛瘸霭踩档那闆r。瓦斯氣體具備易燃易爆性，過量吸入也會造成人員身體損傷，甚至死亡。若是煤礦井下流通性不足極易導(dǎo)致瓦斯不斷堆積而使得濃度超出安全值，進(jìn)而引發(fā)瓦斯爆炸、中毒等安全事故。隨著人們安全意識的提升，瓦斯事故發(fā)生概率有所降低，但是由于瓦斯引起的礦井事故仍是屢見不鮮，究其原因主要是缺乏對瓦斯?jié)舛鹊募皶r、有效控制，進(jìn)而引發(fā)爆炸、中毒等事故。由此可見，借助瓦斯抽采技術(shù)實(shí)現(xiàn)對井下瓦斯?jié)舛扔行Ы档停瑢τ诒Ｕ暇伦鳂I(yè)安全有著極為重要的現(xiàn)實(shí)意義。

2.高瓦斯礦井瓦斯綜合抽采技術(shù)及應(yīng)用

(1)交叉、網(wǎng)格與平行抽采技術(shù)

目前常在工作面上使用的抽采技術(shù)有三種，主要是網(wǎng)格、交叉和平行抽采技術(shù)。打孔布置的點(diǎn)設(shè)計在正對著工作面的位置，而且布置點(diǎn)要與鉆場有一定的距離，還要與巷道保持平行。在開采掘進(jìn)工作進(jìn)行時，可以合理利用暫停工作和施工的時間對瓦斯進(jìn)行抽采，如果在這段時間內(nèi)進(jìn)行連續(xù)抽采，可以抽采大量的瓦斯防止瓦斯過多溢出。平行抽采技術(shù)設(shè)置的抽采孔在進(jìn)回風(fēng)處，每個抽采孔之間的距離是1-2m，每個孔的直徑要超過89mm。平行抽采技術(shù)的目的是把空白帶的瓦斯抽出，同時還要在保證抽采量的基礎(chǔ)上提升抽采率。交叉鉆孔抽采技術(shù)也是在進(jìn)回風(fēng)處設(shè)置抽采孔，但是是在平行孔中做斜向孔，傾斜角度保持在15°至20°之間，高度差保持在0.4m左右。網(wǎng)格抽采技術(shù)則是利用網(wǎng)格進(jìn)行設(shè)置鉆孔位置的技術(shù)，此技術(shù)主要是采用斜向鉆孔的方式在工作面的上下風(fēng)道出鉆孔抽采。首先在切眼和中間巷道位置開展抽采鉆孔工序，然后再進(jìn)行網(wǎng)格設(shè)置，這樣能夠控制住瓦斯不發(fā)生噴涌情況。實(shí)際工作中，網(wǎng)格抽采是目前應(yīng)用較廣的技術(shù)，因?yàn)槠涑椴尚Ч容^好，能夠有效減少瓦斯溢出的現(xiàn)象，還可以幫助校驗(yàn)。

(2)煤層密集抽采技術(shù)

煤層密集抽采技術(shù)是在瓦斯含量較高的礦井中使用的，在礦井開采區(qū)域的瓦斯?jié)舛瘸鰳?biāo)準(zhǔn)或者濃度極大的超過閾值時，通常會使用密集打孔的方式快速抽采瓦斯，用最快速度排出開采區(qū)域內(nèi)的瓦斯，防止安全事故發(fā)生。使用密集打孔抽采方式，要在保障工作人員的安全基礎(chǔ)上，在工作面上開始連續(xù)打孔，打孔時要注意保持打孔角度與工作面要呈90°，同時還要注意保持打孔的安全距離和縫隙，打孔后還要對孔洞做好密封工作，如果存在縫隙會導(dǎo)致瓦斯泄漏，工作人員通過孔洞進(jìn)行不間斷的瓦斯抽采工作。

(3)高位鉆孔抽采技術(shù)

高位鉆井抽采技術(shù)也是目前被廣泛使用的一種瓦斯抽采技術(shù)，這項(xiàng)技術(shù)優(yōu)勢明顯，不僅可以保障鉆孔的高質(zhì)量，還可以保障礦井施工質(zhì)量。該技術(shù)主要是針對通風(fēng)管理和高度進(jìn)行孔洞位置設(shè)計，通風(fēng)管道和地面連接處由于壓強(qiáng)會形成壓力差，形成的壓力差同時也是能夠排出礦井巷道中瓦斯的工具，從而降低礦井巷道中瓦斯的濃度，保障施工人員的安全。通?？锥丛O(shè)置的方案是在巷道周圍設(shè)置膠帶巷，設(shè)置區(qū)域可以選擇4m×4m×3m的形狀面積，在縫隙帶中設(shè)置鉆孔的位置，在巷道最尾處緊緊貼上膠帶巷，把區(qū)域設(shè)計成縫隙帶的扇形面積，然后在區(qū)域內(nèi)鉆孔，通常會鉆4個孔洞。

(4)煤礦多區(qū)共同抽采技術(shù)

由于礦井中含有大量瓦斯，所以通常會使用多區(qū)聯(lián)動抽采技術(shù)。多區(qū)共同抽采技術(shù)在煤礦井下工作面瓦斯抽采方面有著較為廣泛的應(yīng)用，特別是在大規(guī)模煤礦開采的井下作業(yè)中應(yīng)用效果最為明顯。煤礦井下多區(qū)共同抽采技術(shù)的有效應(yīng)用，需要地面、地下共同配合進(jìn)行同步抽采，如此能夠有效提升瓦斯抽采效果，實(shí)現(xiàn)對井下工作面瓦斯的高效綜合抽采。多區(qū)共同抽采技術(shù)的有效應(yīng)用，大大提高了瓦斯抽采質(zhì)量與抽采效率，也很好地滿足了“先抽后采”的操作要求，提高了井下瓦斯抽采與煤礦生產(chǎn)的密切配合水平，確保抽采工作高效穩(wěn)定。煤礦井下工作面瓦斯多區(qū)共同抽采的應(yīng)用通常包括了對規(guī)劃抽采區(qū)、準(zhǔn)備抽采區(qū)、生產(chǎn)抽采區(qū)，互相聯(lián)動，同步實(shí)現(xiàn)地面與井下聯(lián)采，很好地解決了井下工作面瓦斯抽采時間與開采連續(xù)的問題。

(5)鉆割一體化增透卸壓抽采技術(shù)

煤礦綜采面的瓦斯抽采具備較高的操作難度，采用傳統(tǒng)抽采方式的效率較低，抽采量、抽采設(shè)備應(yīng)用等方面已然無法適應(yīng)當(dāng)前不斷擴(kuò)張的煤礦開采規(guī)模的要求。合理利用鉆割一體化增透卸壓抽采技術(shù)能夠有效增加瓦斯抽采面積，提高抽采速度，進(jìn)而提高井下瓦斯抽采效率。在實(shí)際應(yīng)用過程中，要求確保鉆機(jī)施工達(dá)到設(shè)計要求的深度，同時采用水排的方式對鉆孔進(jìn)行清理，完成鉆孔之后需將鉆頭退出。接著是制備切割使用的高壓磨料，完成制備后啟動高壓水泵，在高壓磨料與清水的共同作用下實(shí)現(xiàn)對地質(zhì)的有效切割，在切割過程中需按照先進(jìn)行直向切割再進(jìn)行側(cè)向切割的順序進(jìn)行切割。同時需要做好高壓水泵對材料閥門的切割方向與進(jìn)度控制，進(jìn)而完成鉆割一體化增透卸壓抽采。

(6)水力導(dǎo)噴增流提透技術(shù)

水力導(dǎo)噴增流提透技術(shù)的應(yīng)用，涉及到對封孔管、緩沖式孔口四通、集中放水器、連接法蘭、氣水渣分離器等基礎(chǔ)設(shè)備的使用。首先，采用合金鉆頭鉆出長度為12m，孔洞直徑約為110cm的鉆孔，采用4寸埋線管和集中放水器，對緩沖式孔口四通出氣口、第一個氣水渣分離器進(jìn)行連接，對于上部的4寸接口應(yīng)采用4寸埋線管進(jìn)行連接。同時第一個氣水渣分離器，應(yīng)采用串聯(lián)的方式將兩個氣水渣分離器進(jìn)行連接，三個氣水渣分離器分別與瓦斯管路連接，其中第三個氣水渣分離器的4寸接口，需與緩沖囊袋進(jìn)行連接。所有涉及連接位置需采用皮墊的方式進(jìn)行鎖緊，確保各個法蘭盤山螺絲全部上齊擰緊，避免出現(xiàn)抽空、漏氣問題。三個氣水渣分離器按照由高到低的順序進(jìn)行整齊擺放，同時確保出水口的出渣處于正常狀態(tài)。加強(qiáng)對放噴裝置盤根的定期檢查與及時更換，避免出現(xiàn)漏氣問題。如此便實(shí)現(xiàn)了隨煤、水、瓦斯的有效分離，然后在采油抽采套管將瓦斯排出井外，避免發(fā)生瓦斯泄漏以及降低井下工作面瓦斯?jié)舛?，避免了瓦斯爆炸、中毒等現(xiàn)象。

(7)煤層瓦斯抽采工藝技術(shù)

煤層瓦斯抽采技術(shù)主要是在煤層工作面進(jìn)行施工，在工作面的兩個順槽里進(jìn)行瓦斯孔洞布置。當(dāng)?shù)V井工作進(jìn)行到下一階段，工作面要向前推進(jìn)時，工作人員要提前抽采尚未開展工作的區(qū)域的瓦斯，以此來降低前方巷道中的瓦斯含量，保證在進(jìn)行工作面回采工作時開展工作的區(qū)域瓦斯?jié)舛冗_(dá)標(biāo)，從而提高回采工作面工序的安全性，防止人員在工作過程中出現(xiàn)安全事故。上文分析了水力導(dǎo)噴增流提透技術(shù)，通過研究分析該技術(shù)，可以在煤層內(nèi)進(jìn)行瓦斯鉆孔時使用壓裂抽放以及抽放鉆孔相結(jié)合的鉆孔方案。在上排的位置進(jìn)行抽采孔洞的合理設(shè)置，同時在下排進(jìn)行壓裂抽采孔洞的布置，上下兩排孔洞的位置是根據(jù)三花形狀進(jìn)行鉆孔，上排位置進(jìn)行鉆孔時，孔洞之間的距離需要保持在6m左右，這些孔洞的開孔高度要大于2m，下排鉆孔時，孔洞之間的距離也需要保持在6m左右，開孔的高度要超過1.5m，鉆孔時仰視的角度最少要超過1°。雖然進(jìn)行瓦斯抽采鉆孔只是打孔，但是為了保證孔洞能夠正常使用，需要做許多工作進(jìn)行鉆孔輔助，在鉆孔之前要計算各種參數(shù)數(shù)據(jù)，參數(shù)數(shù)據(jù)計算來源是煤層的傾斜角度和厚度等數(shù)據(jù)。

(8)采空區(qū)瓦斯抽采技術(shù)

在進(jìn)行開采工作時，頂板上的覆巖層由于開采操作容易發(fā)生移動，會大面積引起離層產(chǎn)生裂痕縫隙，瓦斯氣體的密度不大，重量較輕，所以可以通過頂板上的縫隙飄出，然后會往工作面后層的采空區(qū)域產(chǎn)生的縫隙位置靠攏聚集，由于縫隙導(dǎo)致采空區(qū)域內(nèi)存在大量瓦斯，瓦斯越來越多時會超過工作面瓦斯含量要求，所以要對工作面煤層瓦斯開展預(yù)抽工作，同時完善采空區(qū)洼地整治管理工作。

①穿透鉆孔抽采

穿透鉆孔抽采的應(yīng)用需要在采煤工作面順槽及煤柱外側(cè)進(jìn)行橫穿施工，確保穿透控孔間距控制在5m到10m之間，并且在進(jìn)行中間鉆孔時，其開孔高度應(yīng)確保在1m以上。鉆孔距離煤柱里側(cè)巷道頂板約0.5m左右的位置，確保鉆孔貫穿整個煤柱。位于鉆孔孔口下方套管需要實(shí)現(xiàn)對風(fēng)控系統(tǒng)、安裝測定、控制閥們等連接到同一個鉆孔主管道上，若是在工作面前方的穿透鉆孔閥門關(guān)閉，則在工作面進(jìn)行回采支架穿透鉆孔過程中，應(yīng)及時開啟閥門進(jìn)行設(shè)備運(yùn)行，以及根據(jù)鉆孔抽放瓦斯純度為依據(jù)對反面閥門進(jìn)行調(diào)控，確保井下工作面瓦斯?jié)舛忍幱诎踩捣秶?/p>

②高中位鉆孔抽采

工作面順槽能夠?qū)崿F(xiàn)對保護(hù)煤柱的向外延伸，進(jìn)而對瓦斯抽放鉆場進(jìn)行合理布置。在鉆場中應(yīng)事先做好對工作面采空區(qū)裂隙帶的施工，確保滿足高位鉆孔要求。高位數(shù)量應(yīng)在三個以上，并確保鉆孔深度控制在300m左右，以及確保鉆孔終孔位置分別控制在采煤工作面順槽里40m、60m、80m這三個位置，同時要確保處于不同的裂隙帶點(diǎn)上。若是采高位置距離是煤層頂板間距的6～8倍，在進(jìn)行具體位置參數(shù)確定是應(yīng)根據(jù)工作面參數(shù)、頂板裂隙帶高度進(jìn)行合理確定。中位鉆孔數(shù)量需確保在6個以上，鉆孔深度需控制在260m左右，鉆孔終孔位置于工作面順槽內(nèi)的位置分別為35m、45m、55m、65m、75m、85m的位置上。裂隙帶下部和煤層頂板間距需結(jié)合具體位置及工作面參數(shù)、頂板裂隙帶高度等數(shù)據(jù)分析進(jìn)行合理確定。

③防滅火措施

一是要加強(qiáng)通風(fēng)系統(tǒng)管理，結(jié)合工作面需要進(jìn)行風(fēng)量需求計算，并同時考慮高抽巷抽采產(chǎn)生的限制作用。二是在初采抽放時，工作切眼配風(fēng)需為2280m/s，并加強(qiáng)每天對風(fēng)量的定期測定，確保通風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行正常，通風(fēng)斷面合理。三是在回采前可通過在切眼位置約30m處實(shí)施對上隅角傳輸管路的合理改造，通過進(jìn)行三通設(shè)置的方式，以及在工作面上隅角設(shè)置瓦斯抽采管路的方式實(shí)現(xiàn)對上隅角瓦斯的全面抽采。四是在初采及初放作業(yè)中會出現(xiàn)大量瓦斯全面卸壓釋放，此時應(yīng)確保整個管道傳輸體系的高度暢通，實(shí)現(xiàn)對噴涌瓦斯的及時清理，全面提高抽采效率。

3.實(shí)際案例綜合抽采的應(yīng)用探討

本文主要對一個煤礦的瓦斯抽采工作進(jìn)行案例分析，通過實(shí)際案例分析對高瓦斯煤礦開展綜合抽采技術(shù)實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行探討。案例中的研究的是一個面積為4000km×2050km的煤礦，該煤礦的開采面積大概是5800km2，礦井的內(nèi)部構(gòu)造是單側(cè)傾斜的。該煤礦中可開采的煤層有4層，通過檢測，該煤礦的絕對瓦斯涌出量是45.3m3/min，根據(jù)礦井可開采面積計算，可以判定該礦井瓦斯?jié)舛容^高，是高瓦斯礦井。

(1)掘進(jìn)抽采

掘進(jìn)抽采是指礦井尚未開始進(jìn)行開采工作時要提前進(jìn)行瓦斯抽采工作，案例中的擁有4層煤礦開采區(qū)的礦井，可以使用網(wǎng)格式向上鉆孔技術(shù)對瓦斯進(jìn)行預(yù)采工作。該煤礦存在的瓦斯通過檢測得出主要突出的區(qū)域在第4層，使用網(wǎng)格法可以把第4層劃分成南北兩個部分，網(wǎng)格能夠?qū)δ媳眱蓚€部分包圍形成保護(hù)圈，可以快速、有效、持續(xù)地對保護(hù)圈進(jìn)行瓦斯抽采，降低保護(hù)圈內(nèi)的瓦斯?jié)舛?，從而提高該煤層瓦斯突出區(qū)域的安全性。由于在該煤層使用網(wǎng)格鉆孔方法抽采瓦斯，這樣可以推動煤礦巷道的挖掘工作，提高巷道挖掘的效率。然后再使用順層的鉆孔方法抽采工作面的瓦斯，清除工作面存在的瓦斯，降低煤礦開采工作的危險。每一層都可以根據(jù)實(shí)際情況選擇不同的工作方式，第三層可以借助掘進(jìn)機(jī)開展巷道抽采工作，利用設(shè)備進(jìn)行掘進(jìn)能夠極大提高抽采工作的安全性，第四層使用順層鉆孔抽采工作面瓦斯的方法，能夠有效清除煤層的瓦斯。

煤礦開展掘進(jìn)工作時都會產(chǎn)生大量瓦斯，因此在掘進(jìn)時必須要提前抽采瓦斯，防止工作人員在掘進(jìn)時發(fā)生事故。進(jìn)行瓦斯抽采時按照扇形分布方式進(jìn)行抽采，并且要鉆雙排孔洞，左右同時抽采，孔洞直徑為94mm，左右抽采的長度是15m，鉆孔時水平距離是1.5m，上下孔洞之間的垂直距離是9.5m，這樣能夠保證掘進(jìn)工作按照原定計劃進(jìn)行，同時還可以持續(xù)地進(jìn)行鉆孔。

(2)采中抽采

采中抽取瓦斯是為了保護(hù)煤礦在開展工作時開采人員的安全，保證工作面上的瓦斯不超過標(biāo)準(zhǔn)范圍，當(dāng)工作面上的瓦斯過量時要及時清除。如果工作面有U型的通風(fēng)道時，可以應(yīng)用順層分布的鉆孔技術(shù)進(jìn)行瓦斯抽采，同時在上下兩層進(jìn)行鉆孔，比如第四層使用的順層分布鉆孔技術(shù)，上下兩層孔洞的間距是3m，兩層孔洞的垂直間距是0.5m，密封孔洞的長度是8m。使用順層鉆孔技術(shù)進(jìn)行抽采具備一個優(yōu)勢，就是加強(qiáng)了U型工作面抽采瓦斯的效果，還降低了鉆孔時發(fā)生塌陷事故的風(fēng)險，保證抽采瓦斯需要的孔洞個數(shù)及質(zhì)量達(dá)標(biāo)。再增加其他輔助設(shè)備和技術(shù)，保障鉆孔時不會被巷道施工工作影響進(jìn)度，鉆孔工作也不會妨礙巷道施工，兩者互不干擾，可以同時進(jìn)行，保證了施工效率。

(3)采后抽采

對于案例中這種單側(cè)傾斜的煤礦，第一和第二層的瓦斯可以在煤層封閉后對采空區(qū)進(jìn)行抽采，這樣抽采的瓦斯還能夠進(jìn)行二次利用，比如銷售給瓦斯電廠循環(huán)使用。高瓦斯礦井需要進(jìn)行綜合抽采工作，但是使用的抽采技術(shù)都比較單一，這樣能夠提升瓦斯的抽采含量，同時也可以提高抽采工作的安全性。案例中的高瓦斯礦井使用多種抽采技術(shù)，極大的提高了瓦斯的抽采效率，抽采瓦斯量高達(dá)3.5-10.2m3/min，濃度也高達(dá)2%-6%。在開展礦井綜合瓦斯抽采工作時，使用綜合抽采技術(shù)還能夠?qū)ぷ髅娴某椴晒ぷ鬟M(jìn)行升級改進(jìn)。根據(jù)案例煤礦綜合抽采工作分析，要根據(jù)煤礦的實(shí)際情況有針對性地使用煤礦抽采方法，這樣才可以提高瓦斯的抽采效率，保障礦井下工作人員的生命安全。

4.結(jié)束語

在礦井采煤作業(yè)中加強(qiáng)對瓦斯?jié)舛扔行Э刂浦陵P(guān)重要，是確保礦井生產(chǎn)安全的重要保障。對此，相關(guān)施工單位必須加強(qiáng)對抽采技術(shù)的合理使用，實(shí)現(xiàn)對高瓦斯礦井工作面瓦斯的綜合抽采，保障井下工作人員的生命安全，在提高開采工作效率的同時提高采煤經(jīng)濟(jì)效益，推動煤礦行業(yè)的發(fā)展。