影響瓦斯抽放的因素及如何提高礦井瓦斯抽放率

摘要：本文對影響礦井瓦斯抽放率的幾個因素進行逐一分析，研究了影響瓦斯抽放效果的諸多因素，并針對性對提高礦井瓦斯抽放率的主要途徑進行了較深刻分析。

關鍵詞：瓦斯 抽放率 封孔工藝 抽放方法

0 引言

瓦斯抽放是防治煤礦瓦斯災害事故的根本措施，瓦斯抽放是解決和治理瓦斯的根本所在。瓦斯抽放效果的好壞關乎治理瓦斯的成敗。相關科技人員經過長期實踐認為礦井瓦斯抽放率主要與以下幾個因素有關：即煤層瓦斯含量、透氣性，抽放鉆孔布置，鉆孔封孔工藝，抽放系統及工作面通風方式。在相同抽放系統下，瓦斯抽出量大小與煤層瓦斯含量及涌出量，開采地質條件，瓦斯抽放工藝方法，抽放鉆孔長度，通風系統，煤產量大小及工作面長度，工作面推進速度，井下煤層開拓及開采間隔時間等因素有關。

1 瓦斯抽放系統對礦井瓦斯抽放效果的影響

1.1瓦斯泵的選型瓦斯泵的流量必須滿足礦井抽放期間預計最大瓦斯抽出量的要求。同時，從安裝和經濟角度考慮，并有適當余量為原則，避免“大馬拉小車”或“小馬拉大車”的現象。

1.2瓦斯管網的合理布置抽放管網決定著抽放阻力的大小。抽放阻力大，系統性能低；抽放阻力小，系統性能高。管網阻力主要由管路長度、直徑和管網布置所決定。管路長度負壓端會受鉆孔施工地點的不斷增加而不斷延伸，管路負壓段，理論上沒有長度的限制，但管路的正壓端排氣管，在確保安全的情況下，應盡量縮短。實際井下抽放系統中，管網越復雜，易積水，多漏氣，管理困難，系統性能也低。因此，在滿足生產需要的前提下，應簡化網路、及時關閉或拆除無用的管路，應合理安裝放水器，及時放水，以降低管網阻力。

1.3抽放方法的合理選擇根據瓦斯來源和作用原理，分為單一抽放和綜合抽放。選擇合理的抽放方法，主要根據礦井(采區)瓦斯來源、煤層賦存情況、采掘布置、開采程序以及開采地質條件等。目前，采用單一的抽放方法往往不能有效的抽出瓦斯，必須根據現場實際情況采用順層孔、穿層孔、交叉孔、頂板高位鉆孔、采空區上隅角埋管的綜合性抽放方法，以有效治理采掘面瓦斯，提高瓦斯抽放濃度，增加抽放純量。

1.4抽放鉆孔的布置影響自鉆孔的主要因素有：鉆孔的角度、長度、鉆孔個數、孔徑、間距等。對本煤層預抽瓦斯，根據煤層賦存條件、開采方法及開拓布置的不同，可以布置穿層鉆孔、順層孔(上、平、下向)，采用75～100 mm鉆孔，煤層透氣性差時，可以適當加大孔徑。對卸壓層瓦斯的鉆孔，鉆孔的有效部分應處在各個卸壓層的充分卸壓帶，以保證有足夠的瓦斯補給源。

1.5鉆孔密封工藝鉆孔施工完畢，其密封性決定著瓦斯抽放效果，封孔不嚴，漏氣漏水，瓦斯濃度降低；反之，密封嚴密，瓦斯濃度高。因此，為提高井下瓦斯抽放濃度，，必須采用有效的封孔工藝。使封孔后，一方面使鉆7L周圍的裂隙得到充填，消除開孔時形成的漏氣裂隙(即消除初期漏氣通道)：另一方面使鉆孔得到可靠的支護，保證鉆孔的穩定，使鉆孔周圍不再產生新的漏氣裂隙(即避免后期漏氣通道的產生和發展)。因此，封孔材料需達到如下要求①封孔材料應具有滲透性：為了消滅鉆孔周圍的成孔裂隙，即消滅初期漏氣通道，封孔材料應具有進入鉆孔周圍裂隙的特性，一般普通水泥沒有這種特性，超細水泥的使用效果要好于普通水泥。②封孔材料應具有膨脹陛：封孔材料的膨脹性對封孔效果十分重要，如果材料沒有膨脹性而有收縮性，那么就不能取得應有封孔效果。封孔材料的膨脹可以對鉆孔形成主動支護力，不僅可以防止鉆孔的收斂變形，而且使鉆孔周圍形成高應力區，使封孔段周圍煤體的透氣性降低，減少煤體的漏氣，提高瓦斯抽放濃度。③封孔材料的強度和硬度不能過高：封孔材料在煤體里留下一個長度數米的圓柱體，回采工作面采煤機割煤時要切割這些圓柱體，如果封孔材料的強度和硬度過高，采煤機割煤時可能產生切割火花，給回采工作面帶來安全隱患。④封孔材料必須有一定的早強性：鉆孔是個微型的全煤巷道，鉆孔在地應力作用下將發生蠕變，封孔之后，要求封孔材料在較短的時間內凝固，并有一定的強度，及時對鉆孔實現主動支護，防止鉆孔的變形。

1.6抽放時間不同的抽放方法，鉆孔有不同的最佳和有效抽放時間，在這段實踐內，抽放的瓦斯量大、濃度高，之后逐漸衰減到無抽放價值而停抽。但在我國一些礦井中，因抽放巷道層位布置不當，受采動影響大，巷道維護困難而縮短了鉆場、鉆孔和抽放管路系統的服務時間，有的礦井掘、抽、采的關系失調，不等到應有的抽放時間就回采，使鉆孔失去了最佳抽放和有效抽放時間，導致抽放率不高。因此，合理的抽放時間是保證礦井瓦斯抽放率的必要因素。

1.7抽放負壓與鉆孔密度抽放系統壓力參數及鉆孔密度直接影響鉆孔瓦斯抽放效率，經有關專家研究得出規律：鉆孔瓦斯抽放率分別與抽放負壓和鉆孔密度呈線形關系，即抽放率隨負壓值、鉆孔密度的增大而增加。但最大抽放率并不出現在最大的負壓值和最大鉆孔密度的交匯部位，三者的函數關系在空間上是一個曲面。抽放負壓對未卸壓煤層抽放效果的影響還沒有統一的認識，有關資料也表明，提高抽放負壓可以顯著提高瓦斯抽放量，但大部分測量數據是在調壓后短時間內測量的，屬于暫態現象，不能真正的表示抽放負壓與抽放量的關系。對于采空區瓦斯抽放實踐表明，當抽放負壓在一定的范圍內增加時，可以增加抽放量，而負壓過高，不但抽放量增加不多，而且容易吸入空氣引起采空區殘留煤的自然發火，為此，在抽放采空區瓦斯時，控制一定的抽放負壓是必要的。

2 提高礦井瓦斯抽放率的途徑

針對我國礦井抽放率低的原因，采取適當的措施提高礦井的瓦斯抽放率，不僅是礦井安全生產的要求，而且也是降低抽放成本，提高抽放效益的需要。為了提高我國礦井瓦斯抽放效果，國內的科研、高校、設計、生產單位等，從不同的方面開展了很多項研究，取得了可喜的成果。

2.1合理選擇抽放方法合理選擇抽放方法是提高抽放效果的關鍵，選擇抽放方法應深入分析煤層賦存條件、瓦斯來源及涌出規律、開采布置及開采程度、瓦斯利用前景等。按照瓦斯來源可以分為本煤層抽放瓦斯和臨近層抽放瓦斯：按抽放與采掘的時間配合可以分為預先抽放煤層瓦斯、邊采邊抽放瓦斯、采空區抽放瓦斯三類：按照抽放工藝可以分為鉆孔抽放瓦斯、巷道抽放瓦斯、鉆孔巷道混合抽放瓦斯、老空區密閉抽放瓦斯和地面鉆孔抽放瓦斯。不同煤礦的現場條件，采用抽放方式也會有很大的不同。一般來說，選擇抽放方法和形式的時候，要考慮瓦斯來源、煤質狀況、采掘因素、時間配合和抽放工藝等因素。其總的原則是：①如果瓦斯存在于開采層本身，即可以采用鉆孔或巷道預抽形式直接把瓦斯從回采層中抽出。②如果瓦斯主要存在于開采煤層的頂、底板鄰近煤層內，可以采用頂底板煤巖中的巷道，打一些穿至鄰近煤層的鉆孔將臨近層瓦斯抽出。③如果在采空區或廢棄巷道內有大量的瓦斯涌出，即可以用采空區抽放形式加以消除。④如果在煤巷掘進時就已遇到嚴重的瓦斯涌出，而且難以用通風方法克服的時候，則需要采用在掘進工作開始前的鉆孔預抽或巷道邊掘邊抽的方法加以解決。⑤如果煤層的透氣性差，利用鉆孔或巷道又不易直接抽出瓦斯，掘進時瓦斯也不大，而在回采的時候卻有大量的瓦斯涌出時，則需采用邊采邊抽，深孔爆破、大直徑密集鉆孔以及認為的可以改變煤層透氣性等方法加以解決。

2.2選擇合理的抽放參數①鉆孔直徑。鉆孔直徑的大小對抽放瓦斯有一定的影響。大直徑孔的瓦斯抽出量遠遠大于小直徑孔，而且有較長的穩定時間。因此，在保證施工進度的前提下，盡量選擇大直徑的鉆具。②鉆孔長度。對于開采層瓦斯抽放鉆孔的長度越大，露出煤面越多，瓦斯涌出量越大，抽放效果越好；對于鄰近層瓦斯抽放，鉆孔一般要穿過所要預抽的煤層，在考慮打鉆效率和打鉆質量的前提下，利用大功率鉆機施工長度較深的鉆孔。③鉆孔角度。抽放本煤層瓦斯的時候，布置鉆孔的角度應注意以下幾個方面：a由于深部煤層的瓦斯含量比較大，瓦斯向上流動，所以下向式鉆孔瓦斯量較大，可以加速瓦斯排放。但下向孔中易積水，對瓦斯涌出有一定的阻力，且打鉆施工比較困難。b上向式鉆孔內不會積水，瓦斯涌出量也比較均衡，但在相同條件下比下向孔略小。c水平鉆孔處于上述兩種方式之間，可以克服上向孔和下向孔的缺點，各礦井可以根據實際情況制定相應鉆孔角度。④抽放負壓。瓦斯抽放泵能力、運轉特性與負壓對抽放效果有很多影響，抽放負壓越大，抽放量越大，但當負壓到一定程度后，抽放效果就不會明顯增加，有時反而會影響抽放效果，要根據具體情況確定

2.3其它途徑①擴大抽放范圍：擴大抽放范圍：一是要合理增加鉆孔數目來擴大抽放面積：二是要增加抽放煤層及抽放區域。②提高煤層透氣性：煤層透氣性是煤層對于瓦斯流動的阻力，通常用透氣性系數來表示。透氣性系數越大，瓦斯在煤層中流動越容易，瓦斯含量就少；反之，瓦斯易于保存，煤層瓦斯含量大。③采用綜合抽放方法：隨著煤礦機械化水平的提高，開采強度的大幅度提高，開采后鄰近層、采空區等的瓦斯涌出量也急劇增加，為了實現高產高效礦井的安全生產，要求抽放瓦斯技術有一個新的突破，所以綜合抽放方法已經是礦井進行瓦斯抽放的一個趨勢。

3 結語

總之，瓦斯抽放工作是一個系統工程，它需要我們做好方方面面的工作，完善其中的每一個環節，瓦斯抽放效果才能切實達到保證，從而解決礦井的瓦斯問題。