瓦斯抽放技術在煤礦生產中的應用研究

楊奎生

（煤礦瓦斯治理國家工程研究中心，安徽 淮南232001）

瓦斯抽放一般是指通過打鉆(或挖掘巷道)，利用鉆孔(或巷道)、管道和瓦斯泵或其他抽放設備，將煤層或采空區內的瓦斯抽至地面，有效解決礦井瓦斯濃度超限問題。 煤礦瓦斯抽放不僅是降低礦井瓦斯涌出量，防止瓦斯爆炸和煤與瓦斯突出災害的重要措施，而且抽出的瓦斯還可變害為利，作為煤炭的伴生資源加以開發利用。 近年來，隨著煤礦開采深度延伸和開采強度的加大，礦井瓦斯涌出量增大，抽放瓦斯顯得更為重要。 但目前我國很多煤礦瓦斯抽放效果并不是很好。 本文找出影響瓦斯抽放效果的因素，并提出相應的對策，為更好抽放瓦斯服務。

1 瓦斯抽放概述

1.1瓦斯抽放的意義

近年來，隨著煤礦瓦斯綜合利用的不斷發展，瓦斯逐漸的從一種災害性氣體變成了一種新型能源。煤層瓦斯通過抽放泵站抽出，再通過瓦斯壓縮機壓縮，可用作工業原料和民用燃料，汽車動力燃料，發電等。特別是煤礦瓦斯發電，可用于煤礦自身電器設備，如通風設備，抽采設備等。

瓦斯抽放具有以下作用：①通過瓦斯抽放能降低煤層的瓦斯壓力，從而降低煤層瓦斯突出的危險性；②降低煤層瓦斯含量，從而降低開采過程中瓦斯涌出量，為生產提供一個很好的安全環境，且能降低通風成本；③瓦斯是一種重要的能源資源，具有商業利用價值；④可降低礦井瓦斯排放量，減少對大氣環境的污染，具有綠色開采作用。 因此，有計劃地開發和利用瓦斯資源，對緩解我國能源供求矛盾、改善我國能源結構、提高我國潔凈能源的利用率、保護人類的生存環境、解決煤礦安全問題、促進中國乃至全人類的生存和發展均有十分重要的意義。

1.2 瓦斯抽放方法

按照瓦斯來源進行分類：本煤層瓦斯抽放、臨近層瓦斯抽放、采空區瓦斯抽放和圍巖瓦斯抽放；按抽放與采掘的時間關系分有：預抽、邊采(掘)邊抽、采后抽放瓦斯；按抽放瓦斯的煤層是否卸壓分，有未卸壓煤層和卸壓煤層瓦斯抽放；按匯集瓦斯的方法分為鉆孔抽放、巷道抽放、鉆孔巷道混合抽放.目前我國已經進入綜合抽采瓦斯階段，即把開采層瓦斯采前預抽、卸壓鄰近層瓦斯邊采邊抽及采空區瓦斯采后抽等多種方法在一個采區內綜合使用，使瓦斯抽采量及抽采率達到最高。

2 影響因素分析

2.1 自然因素

影響抽放效果的自然因素主要包括礦井瓦斯儲量和煤層的天然透氣系數。

2.1.1 礦井瓦斯儲量是礦井開采過程中能夠向礦

井排放的瓦斯量.主要取決于煤層保存瓦斯的自然條件，諸如煤、巖層的結構和物理化學性質，成煤后的地質運動和地質構造等。

2.1.2 煤層透氣系數是決定未卸壓煤層抽放效果的關鍵性因素

我國多數煤層屬低透氣性煤層，進行瓦斯預抽比較困難，須采用專門措施增加其透氣性，提高瓦斯抽放率。

2.2 技術因素

2.2.1 瓦斯抽放泵。抽放泵是抽出瓦斯的動力源，其性能直接決定了管路里的瓦斯流量和壓力，是影響瓦斯抽放率的主要因素之一。

2.2.2 管路。選擇瓦斯抽放管路是決定抽放投資和抽放效果的重要因素之一。主要影響因素有管道長度、直徑、阻力和接頭的密封性。

2.2.3 鉆機和鉆孔參數。影響抽放效果的鉆孔參數主要有：①鉆孔直徑。鉆孔直徑大，鉆孔暴露煤的面積也大，則鉆孔瓦斯涌出量也較大；②鉆孔角度；③鉆孔長度。單一鉆孔的瓦斯抽放量與其長度基本上成正比關系，因此在鉆機性能和施工技術水平允許的的條件下，盡量采用長鉆孔以增加抽放量和效益；④鉆孔間距。鉆孔間距減小，在一個鉆場內的鉆孔數目增加，瓦斯抽出量也增加，同時每個單孔的抽出量減少。鉆孔數目越多，瓦斯量衰減越快，鉆孔數目減少，瓦斯量衰減越慢。所以，如果有較長的抽放時間，孔數可少些，如果抽放時間較短，孔數可多些。但孔數多了又不經濟，因而要針對采區的實際條件、瓦斯儲量、預計的抽放率來決定；⑤抽放負壓。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；⑥孔口密封材料與技術。進入抽放系統的空氣有80%以上是通過鉆孔吸入的，如果鉆孔空氣的吸入量減少1/2～1/3，鉆孔的瓦斯量可望增加1.5～2倍。因此，國外很重視封孔質量，對材料、長度都作了明確規定，如封孔材料要求用聚胺脂，封孔長度規定為 10～15m。

2.2.4 瓦斯抽放管理。管理水平的高低直接影響抽放效果的好壞。瓦斯抽放日常管理工作主要有：瓦斯基礎參數觀測及記錄、瓦斯泵站管理、管路敷設與拆除、鉆孔檢查、管網巡檢放水等。

3 解決對策

針對上述分析，結合現在常用技術，給出以下提高抽放效果的對策。

3.1 人工增加煤層透氣系數

煤層的透氣性系數是決定鉆孔抽放量的主要因素，煤層自然透氣性好，抽放效果就好。通過機械、化學等人工干預方式可以在局部強制改善煤層的孔隙及裂縫結構，從而提高煤層透氣性，這是提高瓦斯抽放率的重要途徑。目前國內外試驗與應用的措施有：水力割縫、水力壓裂、松動爆破、煤物化、交叉鉆孔、煤層

3.2 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。不同煤礦的現場條件，采用抽放方式也會有很大的不同。 一般來說其總的原則是：

3.2.1 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。

3.2.2 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。

3.2.3 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。

3.2.4 如果在煤巷掘進時就已遇到嚴重的瓦斯涌出，而且用通風方法難以解決時，則需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。

3.2.5 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瓦斯涌出，則需采用邊采邊抽，輔以深孔爆破、大直徑密集鉆孔以及可以改變煤層透氣性的方法加以解決。

3.3 合理選擇抽放設備及鉆孔參數

合理選擇鉆孔參數包括：

3.3.1 增大鉆孔直徑。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。但是大直徑孔在使用上有它的局限性，特別是在巖石巷向煤層中打鉆孔抽放時就更加難于施工，目前鉆孔直徑一般為 60～110 mm。

3.3.2 鉆孔長度。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；鄰近層瓦斯抽放，鉆孔一般要穿過所要預抽的煤層，但它受鉆機設備和打鉆技術的影響，考慮打鉆效率和打鉆質量，鉆孔長度一般大于60m。

3.3.3 提高孔口密封質量。我國目前封孔材料多用水泥砂漿，封孔長度一般未超過5m，其封孔質量與國外相比存在一定差距。國外普遍用聚胺脂，封孔長度為10～15m。

3.3.4 抽放負壓。目前的封孔技術條件不適應高負壓抽放，負壓過高會導致漏氣、降低抽出瓦斯濃度和抽放效果，因此一般孔口負壓不超過14kPa為宜。

4 總結

煤礦瓦斯事故現已成為影響煤礦企業安全生產的重要因素之一，對其進行相應的治理已經勢在必行。就瓦斯抽放技術而言,其絕對能夠擔當這一重任，這也是現階段煤礦瓦斯治理的最佳選擇。可以說煤礦瓦斯的治理工作任重而道遠，為保障煤礦開采過程中的安全性，必須不斷提高煤礦瓦斯的抽放效率和抽放量，而想要實現這一目標就必須將重點放在瓦斯抽放技術上面，只有應用最科學、最合理的瓦斯抽放技術,才能保證礦井安全生產。

［1］王永安，朱文輝.礦井瓦斯防治[M].北京：煤炭工業出版社，2007.

［2］李勇.瓦斯抽放是礦井安全高效的重要手段[J].科技咨詢導報，2007(20).