瓦斯綜合抽采技術及其應用

馬艷平

（西山煤電鉆探公司第一分公司，山西 太原 030024）

引言

隨著我國科學技術現階段的飛速發展，煤礦開采的機械化水平不斷提升，使得煤礦開采深度增加的同時，瓦斯含量也隨之上升，面對這種情況只有對瓦斯予以抽采才能降低其帶來的危險。然而，單一的瓦斯抽采方式既不能貫穿于煤礦開采的整個過程，也不能有效的保證其安全性。因此，為了保證煤礦開采的安全性，提高煤礦開采的時效性，應用瓦斯綜合抽采技術就變得尤為重要。

1 瓦斯綜合抽采技術

1.1 煤礦瓦斯的形成

煤層瓦斯主要是由腐殖型有機物在轉變成煤的過程中而生成的。瓦斯的形成需要經過兩個階段，一是生物化學成氣階段，二是煤炭化變質階段。同時，在不同區域、不同地質條件下，煤層瓦斯的含量存在較大的差別。此外，我國煤層瓦斯存在的瓦斯滲透性能較差、瓦斯壓力低以及煤層對瓦斯有著較強的吸附能力等特征，使得煤礦開采以及瓦斯抽采的難度不斷增加。由此可見，加強煤礦瓦斯抽采技術的深入研究，對于提升煤礦生產的安全性有著尤為重要的意義。

1.2 煤礦瓦斯綜合抽采技術介紹

煤礦開采過程中，瓦斯抽采技術多種多樣，并且劃分原則不同，抽采技術也存在較大差異。比如，按照煤層開采的時間進行劃分，可分為采前抽采技術、采中抽采技術以及采后抽采技術；按照瓦斯抽采對象的不同，又分為本煤層抽采技術、臨近層抽采技術、掘進工作面抽采技術等；按照瓦斯抽采方式進行劃分，又有鉆孔抽采技術、地面鉆井抽采技術以及埋管抽采技術等［1］。

由上述可知，劃分的方式不同，瓦斯抽采的方式也是隨之而變的。但是不同的抽采技術之間都有著緊密的聯系，所謂的瓦斯綜合抽采技術并不是將上述所有的方式全部應用在煤礦開采過程中，而是要根據開采煤礦的特點、地質情況以及瓦斯的含量等，從中選擇最優的瓦斯抽采方式，使瓦斯抽采的效果能夠真正實現煤礦的安全生產，提高煤礦企業的生產效益。

2 煤礦瓦斯綜合抽采技術的作用以及技術途徑

2.1 瓦斯綜合抽采技術的作用

瓦斯綜合抽采技術是在采前抽采、采中抽采以及采后抽采過程中，使用多種抽采方式的一種技術。實施采前瓦斯抽采綜合技術能夠有效降低煤礦開采過程中瓦斯的含量和產生的壓力，即將瓦斯含量需降低至8 m3／t，壓力降低至0.74 MPa，以此來降低煤礦開采過程中的危險性系數。在采中抽采階段，通過瓦斯綜合抽采技術，對工作面的回風流以及上隅角瓦斯濃度進行有效控制，一方面能夠保證煤礦瓦斯的抽采率，另一方面還能確保開采工作安全、順利的進行。采后抽采階段中，實施綜合開采技術主要目的是為了有效保障煤礦內部的通風性，同時降低礦井內部瓦斯向外界的排放量。如果煤層工作面的瓦斯涌出量過大，可采用開采煤層解吸瓦斯含量對瓦斯抽采的效果進行衡量。此外，要對采空區進行密閉，以此加強采空區及縫隙內高濃度瓦斯的抽采，并且抽采的瓦斯還可以實現綜合利用。

在煤礦瓦斯抽采的各個階段都有其考核指標，并且考核指標只是對瓦斯抽采技術所要達到的最低要求。實際上，瓦斯綜合抽采技術的使用是在采前抽采、采中抽采以及采后抽采技術的基礎上得以實現的，該技術所要達到的目標是在滿足最低考核指標的要求上，實現抽采的最優化，最終使煤礦的安全開采得到有力保障。

2.2 瓦斯綜合抽采的技術途徑

煤礦采前抽采主要目的是為了降低煤層瓦斯產生的壓力以及含量，以降低其危險性系數。如果是單一煤層，主要采用的是預抽煤層瓦斯技術，該技術的抽采技術包括穿層鉆孔結合順層鉆孔瓦斯抽采技術、千米鉆機順層長鉆孔瓦斯抽采法等多種技術［2］。其中千米鉆機順層長鉆孔抽采技術因對煤層有著較高的要求，因此主要應用在山西晉城區域。如果煤礦開采過程中不是單一煤層，而是煤層群，則保護層抽采技術以及卸壓瓦斯抽采技術作為首要考慮的抽采技術。

采中抽采技術的選擇與工作面的通風方式有著緊密的聯系。如果工作面的通風方式為U型，則主要采用頂板走向穿層鉆孔抽采技術、采空區插管抽采技術等；如果工作面的通風方式為Y型，則主要采用沿空留巷穿層鉆孔抽采技術以及地面鉆井抽采技術等。當出現瓦斯含量超過30 m3／min的情況，則無論工作面的通風方式是U型或Y型，都應采用走向高抽巷法抽采技術。

采后抽采技術的主要目的是實現瓦斯的高抽采率以及高利用率，因此可采用地面鉆井抽采技術、密閉埋管抽采技術等［3］。

3 瓦斯抽采技術的應用

以祁南煤礦為例介紹瓦斯綜合抽采技術的應用。該煤礦年生產煤炭240 Mt／a，主要開采的煤層為3號、7號以及10號，6組煤為局部可采煤層。3號煤層因開采深度較大，其瓦斯的含量以及壓力分別為8.7～11.57 m3／t，2.0～4.76 MPa，并且煤礦總的瓦斯涌出量為13.55 m3／min。根據采前抽采、采中抽采以及采后抽采等技術對祁南煤礦進行綜合抽采。

6組煤為局部可采區域，利用底板巖巷網格式上向穿層鉆孔法對7號煤層的瓦斯進行抽采，繼而使煤層中的瓦斯含量與壓力大大降低；對于其不可采區域，主要是利用底板巖巷網格式穿層鉆孔抽采技術。3號煤層穩定性較高，并且隨著開采深度的增加，瓦斯含量和壓力不斷上升，加之煤層硬度較大，對瓦斯的抽采主要采用順層長鉆孔遞進掩護區域抽采方式，該抽采方式可有效降低瓦斯的含量，確保煤層開采工作的安全進行。對于危險性較高的區域即瓦斯含量更高、壓力更大的區域，考慮到鉆孔施工的危險性以及瓦斯抽采的效果，主要采用穿層鉆孔與順層鉆孔相結合的瓦斯抽采方式，其中穿層鉆孔抽采技術的采用主要是為了保障煤巷的安全、順利進行，順層鉆孔抽采技術的應用主要是為了保證煤層工作面開采的安全性。

采中抽采主要是根據通風方式的不同而相應的對抽采技術加以改進。對于3號、7號以及10號煤層的工作面為U型，應用頂板走向穿層鉆孔抽采方式以及采空區埋管抽采方式對瓦斯進行抽采都取得了較好的效果。為了進一步提高采空區瓦斯的抽采效果，可利用采空區立管瓦斯抽采技術取代采空區埋管抽采技術，有助于改善瓦斯抽采效果，并且可使煤層工作面瓦斯的涌出量大大降低［4］。

由此可見，通過對礦井煤層采用瓦斯綜合抽采的方式，使得礦井瓦斯的抽采量得到了顯著提升，與以往煤礦瓦斯的抽采量相比，采取此類綜合抽采技術，使瓦斯的抽采率達到了60%以上，極大地改善了煤礦開采的安全性和穩定性，煤礦的開采量由預估的240 Mt／a達到了287 Mt／a。

4 結語

綜上所述，煤礦開采深度的增加使得瓦斯含量及壓力不斷上升，由此對煤礦開采的安全性帶來了尤為嚴重的影響。基于此，應當對礦井的瓦斯進行全面抽采，但是單一的瓦斯抽采方式局限性相對較大，無法有效貫穿于煤礦開采的每個階段。因此，為了降低瓦斯的危險性以及提高開采的安全性，采用瓦斯綜合抽采技術來降低礦井瓦斯的含量及壓力，即根據煤層的地質條件，瓦斯的含量等選擇幾種最優的抽采技術相互結合起來進行瓦斯抽采，從而促進煤礦企業生產效益的大幅度提升。

［1］ 王劍光.煤礦瓦斯綜合抽采技術及應用［J］.中國煤炭，2014，17（3）：111-115.

［2］ 孫全喜，沈斌秦憲禮，等.集賢煤礦瓦斯綜合抽采技術研究［J］.煤炭技術，2012，31（1）：138-140.

［3］ 立體抽采綜合利用全面提升煤礦瓦斯防治能力——全國煤礦瓦斯抽采利用與通風安全技術現場會在晉城召開［J］.中國煤炭工業，2013，11（7）：6.

［4］ 平太保，馬洪芬，毛桃良，等.黃巖匯煤礦瓦斯抽采技術研究［J］.山西焦煤科技，2013，25（9）：61-65.