論采空區瓦斯分布規律及瓦斯抽采方法的研究

摘 要:隨著煤礦生產規模的不斷擴大與開采能力的提升，采空區瓦斯涌出問題日漸嚴重，目前一些礦井采空區瓦斯涌出量已經達到全礦井瓦斯涌出總量的50%、甚至70%，極大地增加了礦井的通風負擔與潛在危險隱患。本文在分析生產采空區與封閉采空區瓦斯涌出的不同成因及其分布規律的基礎上，提出了采取技術成熟、高效可靠、有針對性的抽放措施，保障井下作業能順暢、安全進行的具體方法。

關鍵詞:采空區 瓦斯分布 抽采方法

中圖分類號:TD7文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2012)04(a)-0005-01

1 采空區瓦斯涌出概述

采空區的瓦斯涌出主要來自現采區與已采區這兩個部分，目前我國多數礦井的采空區瓦斯涌出量都在全礦井瓦斯涌出總量的20%～45%左右，然而隨著煤礦生產規模的不斷擴大與開采能力的提升，采空區瓦斯涌出問題日漸嚴重，一些礦井采空區瓦斯涌出量已經超過全礦井的50%，個別礦井甚至達到了70%，極大地增加了礦井作業的通風負擔與潛在危險隱患。因此，管理人員必須在深入理解采空區瓦斯涌出成因的基礎上，全面掌握其分布規律，并采取技術成熟、高效可靠、有針對性的抽放措施，以保障井下作業能夠順暢、安全地進行。

2 采空區瓦斯分布的規律分析

采空區瓦斯的分布規律主要與煤層開采情況及賦存條件有關，下面將分別對生產采空區與封閉采空區的瓦斯分布規律做一簡單分析。

2.1 生產采空區瓦斯分布規律分析

由于煤層和圍巖在開采過程中會發生移動變形，使煤層在卸壓后透氣性增加，同時也使圍巖的裂隙呈擴張的趨勢，此時瓦斯便可能通過圍巖裂隙滲入開采工作面與采空區。巖層隨生產采動作用沿傾斜方向發生移動，并逐漸引起緩慢下沉及破壞，促使底層應力的分布發生改變，并最終導致彎曲下沉帶、裂隙帶及冒落帶自上而下依次出現。通常彎曲下沉帶的煤層與巖層都是非破壞性的，而僅僅呈現出整體的彎曲下沉和彈塑性形變，其瓦斯涌出至采空區的量也非常低。裂隙帶中的煤層中部分瓦斯在壓力作用下通過貫通裂隙進入采空區，其涌出強度由上至下逐漸增強，大量聚積在采空區頂板附近。而處于冒落帶的煤與巖層則常由于垮落使瓦斯直接進入采空區。數據顯示，采空區瓦斯涌出量在工作面正常開采時可占工作面總涌出量的50%左右，而檢修時其占總涌出量的比例還要更高(可達65%以上)。當采空區距工作面＜20m時，其瓦斯濃度偏低而波動明顯，在距工作面20m～50m時，其濃度以一定比例逐漸升高，因此綜合考慮抽采效果及抽采安全等因素后，應將抽采位置確定在與工作面相距30m至60m的范圍內。實際作業中常使采空區沿鉆孔、以裂隙為通道形成負壓環境加速其解吸，再采用鉆孔、導入、埋管等抽采方法將高濃度的瓦斯抽離采空區。抽采時應首先分析彎曲下沉帶、裂隙帶及冒落帶的分布情況，再根據瓦斯涌出量及采面產量、風量、氣壓等參數確定抽采強度。

2.2 封閉采空區瓦斯分布規律分析

作為礦井開采工作的副產物，大面積封閉采空區本身就具有積蓄瓦斯氣體的特性，一旦其中的高濃度瓦斯隨著氣壓的改變或通風負壓的作用從煤柱裂隙或密閉墻滲入到巷道或采區，就極有可能導致嚴重的安全事故。因此，必須選用適宜的方法，將其中的高濃度瓦斯抽離。該類采空區瓦斯的抽采方法一般是以插管法直接抽采，其抽采效果主要受到密閉墻氣密性的影響，因此應保證密閉墻具有良好的氣密性，并設置好泄水管與觀測管。瓦斯抽采量通常取決于采空區的范圍及其封閉時間，通常抽采初期濃度較高，并隨著抽采工作的進行而逐漸降低。抽采中應注意避免漏風等操作引起的殘留煤自燃問題。密閉采空區抽取的高濃度瓦斯可作為煤層氣產業的能源產品加以利用，以達到提高開采效率，降低生產成本的節能減排目的。

3 采空區瓦斯抽采的具體措施

目前采空區瓦斯抽采的方法很多，選取時應結合工作面的巷道布置與開采方法等實際生產特征，優選技術較為成熟的方法，并做好相應的安全保護措施。

3.1 引導排放法

引導排放抽采法的工作原理是利用相鄰層采空區的瓦斯對現采空區中的瓦斯進行引排。其使用條件的要求是工作面的煤層不存在自然發火的可能性，當該現采空區上段存在采空區時，可首先考慮采取引導排放法，通過對上段采空區的瓦斯進行強化抽采，在上段形成一負壓區域，以改變兩采空區之間的壓力平衡，從而使先采空區中的瓦斯因負壓作用向上區段流動，間接排除了現采空區的瓦斯，具有安全、對現階段生產作業影響小等優點。

3.2 頂板走向鉆孔抽采

頂板走向鉆孔抽采法可以控制采空區上隅角瓦斯的涌出狀態，通常情況下采用頂板走向鉆孔抽采和上隅角埋管抽采聯合的抽采方法。采用頂板走向鉆孔法時，鉆場距離煤層頂板上方約1m～2m，鉆場深度5.5m左右，鉆場間距70m～80m，為長短、高低兩排孔，終孔位于距離煤層頂板10m～20m、距風巷的水平距離為5m～30m處，鉆孔終孔間距為5m～10m，長孔為110m，短孔為75m，鉆場間鉆孔壓茬長度在30m～40m之間。該抽采方法的抽采效果關鍵在于高位鉆孔終孔位置的合理選擇。綜采工作面的頂板鉆孔層位布置應根據工作面的推進速度、老頂來壓步距、頂板巖性等綜合考慮確定。工作面裂隙帶最大發育高度通常為采高的7倍左右，鉆孔終孔布置在煤層頂板6倍左右的高度時，鉆孔抽采瓦斯濃度可達60%以上，但抽采流量小、阻力大，抽采泵負壓達50kPa以上，抽采流量僅為額定流量的10%。而合適的鉆孔位置在冒落拱的頂部，抽采濃度不高，但抽采流量大。因此，鉆孔終孔應布置在3～6倍的采高處，即距煤層頂板10m～20m的位置。在采空區流場中，瓦斯聚集區一般位于風巷下10m左右，布置在該區域內的鉆孔瓦斯濃度較大，因此鉆孔在傾向上應布置在該區域，對鄰近層瓦斯和采空區瓦斯進行攔截，減少上隅角瓦斯涌出。

3.3 采空區埋管抽采

采空區埋管抽采通過安裝管路直接抽采采空區瓦斯，盡量減少采空區瓦斯流入工作面。該方法預先在回風巷安裝金屬抽采管路與礦井抽采系統相連，金屬抽采管直徑一般為200mm～300mm。隨著工作面向前推進，管路的末端進入采區。

參考文獻

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