瓦斯綜合抽采技術(shù)及其應(yīng)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(guó)科學(xué)技術(shù)現(xiàn)階段的飛速發(fā)展，煤礦開(kāi)采的機(jī)械化水平不斷提升，使得煤礦開(kāi)采深度增加的同時(shí)，瓦斯含量也隨之上升，面對(duì)這種情況只有對(duì)瓦斯予以抽采才能降低其帶來(lái)的危險(xiǎn)。然而，單一的瓦斯抽采方式既不能貫穿于煤礦開(kāi)采的整個(gè)過(guò)程，也不能有效的保證其安全性。因此，為了保證煤礦開(kāi)采的安全性，提高煤礦開(kāi)采的時(shí)效性，應(yīng)用瓦斯綜合抽采技術(shù)就變得尤為重要。

1 瓦斯綜合抽采技術(shù)

1.1 煤礦瓦斯的形成

煤層瓦斯主要是由腐殖型有機(jī)物在轉(zhuǎn)變成煤的過(guò)程中而生成的。瓦斯的形成需要經(jīng)過(guò)兩個(gè)階段，一是生物化學(xué)成氣階段，二是煤炭化變質(zhì)階段。同時(shí)，在不同區(qū)域、不同地質(zhì)條件下，煤層瓦斯的含量存在較大的差別。此外，我國(guó)煤層瓦斯存在的瓦斯?jié)B透性能較差、瓦斯壓力低以及煤層對(duì)瓦斯有著較強(qiáng)的吸附能力等特征，使得煤礦開(kāi)采以及瓦斯抽采的難度不斷增加。由此可見(jiàn)，加強(qiáng)煤礦瓦斯抽采技術(shù)的深入研究，對(duì)于提升煤礦生產(chǎn)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(shù)介紹

煤礦開(kāi)采過(guò)程中，瓦斯抽采技術(shù)多種多樣，并且劃分原則不同，抽采技術(shù)也存在較大差異。比如，按照煤層開(kāi)采的時(shí)間進(jìn)行劃分，可分為采前抽采技術(shù)、采中抽采技術(shù)以及采后抽采技術(shù)；按照瓦斯抽采對(duì)象的不同，又分為本煤層抽采技術(shù)、臨近層抽采技術(shù)、掘進(jìn)工作面抽采技術(shù)等；按照瓦斯抽采方式進(jìn)行劃分，又有鉆孔抽采技術(shù)、地面鉆井抽采技術(shù)以及埋管抽采技術(shù)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(shù)之間都有著緊密的聯(lián)系，所謂的瓦斯綜合抽采技術(shù)并不是將上述所有的方式全部應(yīng)用在煤礦開(kāi)采過(guò)程中，而是要根據(jù)開(kāi)采煤礦的特點(diǎn)、地質(zhì)情況以及瓦斯的含量等，從中選擇最優(yōu)的瓦斯抽采方式，使瓦斯抽采的效果能夠真正實(shí)現(xiàn)煤礦的安全生產(chǎn)，提高煤礦企業(yè)的生產(chǎn)效益。

2 煤礦瓦斯綜合抽采技術(shù)的作用以及技術(shù)途徑

2.1 瓦斯綜合抽采技術(shù)的作用

瓦斯綜合抽采技術(shù)是在采前抽采、采中抽采以及采后抽采過(guò)程中，使用多種抽采方式的一種技術(shù)。實(shí)施采前瓦斯抽采綜合技術(shù)能夠有效降低煤礦開(kāi)采過(guò)程中瓦斯的含量和產(chǎn)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(lái)降低煤礦開(kāi)采過(guò)程中的危險(xiǎn)性系數(shù)。在采中抽采階段，通過(guò)瓦斯綜合抽采技術(shù)，對(duì)工作面的回風(fēng)流以及上隅角瓦斯?jié)舛冗M(jìn)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(kāi)采工作安全、順利的進(jìn)行。采后抽采階段中，實(shí)施綜合開(kāi)采技術(shù)主要目的是為了有效保障煤礦內(nèi)部的通風(fēng)性，同時(shí)降低礦井內(nèi)部瓦斯向外界的排放量。如果煤層工作面的瓦斯涌出量過(guò)大，可采用開(kāi)采煤層解吸瓦斯含量對(duì)瓦斯抽采的效果進(jìn)行衡量。此外，要對(duì)采空區(qū)進(jìn)行密閉，以此加強(qiáng)采空區(qū)及縫隙內(nèi)高濃度瓦斯的抽采，并且抽采的瓦斯還可以實(shí)現(xiàn)綜合利用。

在煤礦瓦斯抽采的各個(gè)階段都有其考核指標(biāo)，并且考核指標(biāo)只是對(duì)瓦斯抽采技術(shù)所要達(dá)到的最低要求。實(shí)際上，瓦斯綜合抽采技術(shù)的使用是在采前抽采、采中抽采以及采后抽采技術(shù)的基礎(chǔ)上得以實(shí)現(xiàn)的，該技術(shù)所要達(dá)到的目標(biāo)是在滿足最低考核指標(biāo)的要求上，實(shí)現(xiàn)抽采的最優(yōu)化，最終使煤礦的安全開(kāi)采得到有力保障。

2.2 瓦斯綜合抽采的技術(shù)途徑

煤礦采前抽采主要目的是為了降低煤層瓦斯產(chǎn)生的壓力以及含量，以降低其危險(xiǎn)性系數(shù)。如果是單一煤層，主要采用的是預(yù)抽煤層瓦斯技術(shù)，該技術(shù)的抽采技術(shù)包括穿層鉆孔結(jié)合順層鉆孔瓦斯抽采技術(shù)、千米鉆機(jī)順層長(zhǎng)鉆孔瓦斯抽采法等多種技術(shù)［2］。其中千米鉆機(jī)順層長(zhǎng)鉆孔抽采技術(shù)因?qū)γ簩佑兄^高的要求，因此主要應(yīng)用在山西晉城區(qū)域。如果煤礦開(kāi)采過(guò)程中不是單一煤層，而是煤層群，則保護(hù)層抽采技術(shù)以及卸壓瓦斯抽采技術(shù)作為首要考慮的抽采技術(shù)。

采中抽采技術(shù)的選擇與工作面的通風(fēng)方式有著緊密的聯(lián)系。如果工作面的通風(fēng)方式為U型，則主要采用頂板走向穿層鉆孔抽采技術(shù)、采空區(qū)插管抽采技術(shù)等；如果工作面的通風(fēng)方式為Y型，則主要采用沿空留巷穿層鉆孔抽采技術(shù)以及地面鉆井抽采技術(shù)等。當(dāng)出現(xiàn)瓦斯含量超過(guò)30 m3／min的情況，則無(wú)論工作面的通風(fēng)方式是U型或Y型，都應(yīng)采用走向高抽巷法抽采技術(shù)。

采后抽采技術(shù)的主要目的是實(shí)現(xiàn)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(shù)、密閉埋管抽采技術(shù)等［3］。

3 瓦斯抽采技術(shù)的應(yīng)用

以祁南煤礦為例介紹瓦斯綜合抽采技術(shù)的應(yīng)用。該煤礦年生產(chǎn)煤炭240 Mt／a，主要開(kāi)采的煤層為3號(hào)、7號(hào)以及10號(hào)，6組煤為局部可采煤層。3號(hào)煤層因開(kāi)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(jù)采前抽采、采中抽采以及采后抽采等技術(shù)對(duì)祁南煤礦進(jìn)行綜合抽采。

6組煤為局部可采區(qū)域，利用底板巖巷網(wǎng)格式上向穿層鉆孔法對(duì)7號(hào)煤層的瓦斯進(jìn)行抽采，繼而使煤層中的瓦斯含量與壓力大大降低；對(duì)于其不可采區(qū)域，主要是利用底板巖巷網(wǎng)格式穿層鉆孔抽采技術(shù)。3號(hào)煤層穩(wěn)定性較高，并且隨著開(kāi)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(duì)瓦斯的抽采主要采用順層長(zhǎng)鉆孔遞進(jìn)掩護(hù)區(qū)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(kāi)采工作的安全進(jìn)行。對(duì)于危險(xiǎn)性較高的區(qū)域即瓦斯含量更高、壓力更大的區(qū)域，考慮到鉆孔施工的危險(xiǎn)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(jié)合的瓦斯抽采方式，其中穿層鉆孔抽采技術(shù)的采用主要是為了保障煤巷的安全、順利進(jìn)行，順層鉆孔抽采技術(shù)的應(yīng)用主要是為了保證煤層工作面開(kāi)采的安全性。

采中抽采主要是根據(jù)通風(fēng)方式的不同而相應(yīng)的對(duì)抽采技術(shù)加以改進(jìn)。對(duì)于3號(hào)、7號(hào)以及10號(hào)煤層的工作面為U型，應(yīng)用頂板走向穿層鉆孔抽采方式以及采空區(qū)埋管抽采方式對(duì)瓦斯進(jìn)行抽采都取得了較好的效果。為了進(jìn)一步提高采空區(qū)瓦斯的抽采效果，可利用采空區(qū)立管瓦斯抽采技術(shù)取代采空區(qū)埋管抽采技術(shù)，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(jiàn)，通過(guò)對(duì)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(shù)，使瓦斯的抽采率達(dá)到了60%以上，極大地改善了煤礦開(kāi)采的安全性和穩(wěn)定性，煤礦的開(kāi)采量由預(yù)估的240 Mt／a達(dá)到了287 Mt／a。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，煤礦開(kāi)采深度的增加使得瓦斯含量及壓力不斷上升，由此對(duì)煤礦開(kāi)采的安全性帶來(lái)了尤為嚴(yán)重的影響。基于此，應(yīng)當(dāng)對(duì)礦井的瓦斯進(jìn)行全面抽采，但是單一的瓦斯抽采方式局限性相對(duì)較大，無(wú)法有效貫穿于煤礦開(kāi)采的每個(gè)階段。因此，為了降低瓦斯的危險(xiǎn)性以及提高開(kāi)采的安全性，采用瓦斯綜合抽采技術(shù)來(lái)降低礦井瓦斯的含量及壓力，即根據(jù)煤層的地質(zhì)條件，瓦斯的含量等選擇幾種最優(yōu)的抽采技術(shù)相互結(jié)合起來(lái)進(jìn)行瓦斯抽采，從而促進(jìn)煤礦企業(yè)生產(chǎn)效益的大幅度提升。

［1］ 王劍光.煤礦瓦斯綜合抽采技術(shù)及應(yīng)用［J］.中國(guó)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(shù)研究［J］.煤炭技術(shù)，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(guó)煤礦瓦斯抽采利用與通風(fēng)安全技術(shù)現(xiàn)場(chǎng)會(huì)在晉城召開(kāi)［J］.中國(guó)煤炭工業(yè)，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(shù)研究［J］.山西焦煤科技，2013，25（9）：61-65.