煤礦瓦斯精細化抽采及系統建設

張淵

摘要：隨著經濟的快速發展，社會在不斷的進步，針對目前煤礦低濃度瓦斯抽采問題，尤其是由于瓦斯濃度低而帶來的管道輸送安全隱患，通過借鑒地面煤層氣開發排采過程中“連續、平穩、緩慢”的降壓排采工藝，分析了煤礦瓦斯抽采鉆孔、煤層增透、管路系統、抽采設備等各個環節所采取的措施和存在的問題，提出通過科學化的鉆孔抽放參數設計、分源分區域抽放的獨立單元化智能管理、動態大范圍智能反饋可調的抽放泵站建設，實現以煤礦瓦斯高濃度抽采、煤礦瓦斯高效安全治理為目的的煤礦瓦斯精細化抽采系統建設方案和方法。

關鍵詞：瓦斯精細化抽采；瓦斯抽放系統；建設

引言

煤礦瓦斯事故是一種非常嚴重的災害事故，中國煤礦安全開采面臨的一重要問題就是如何防止煤礦瓦斯事故，對此，國內有關專家進行了不斷探索和嘗試，但是在礦井實際開采過程中，很多因素是不確定的，如瓦斯分布、儲存和流動等因素。因此，防治礦井瓦斯事故的有效措施是瓦斯抽采，瓦斯抽采技術能夠提高礦井開采的安全性，同時也能對工作人員的安全起到保障作用。

一、井下鉆孔瓦斯抽采系統及存在的問題

（一）井下鉆孔瓦斯抽采系統存在的問題

從瓦斯抽采環節來看，近年來我國很多單位在幾個環節都做了大量的工作，也取得了一定成果，但是還是沒有從根本上實現瓦斯的安全抽采。有些是基于堵漏洞，部分是基于源頭的低濃度瓦斯而開發的不得已的、被動的工作，沒有實現煤礦瓦斯治理的根本安全。（1）瓦斯抽采濃度上沒有提高到國際標準25%的要求，存在系統隱患。在瓦斯抽采濃度要求方面，國際上通用的抽采濃度是不低于25%的控制標準，而我國由于地質條件和技術等多種原因，對瓦斯抽采濃度沒有要求。（2）低濃度瓦斯的管路輸送隱患很大。由于低濃度瓦斯易燃易爆的特性，輸送管道靜電火花、利用端產生的火源等因素會使整個管路系統中的低濃度瓦斯處于危險的狀態，近年來，有個別礦井發生了一些抽采管道瓦斯爆炸事故。（3）低濃度瓦斯發電效率低和高耗能的地面抽采真空泵搭配，經濟性大打折扣。以上問題都是伴隨著低濃度瓦斯的問題而存在，那么解決瓦斯的低濃度抽采問題才是技術的核心。要解決瓦斯抽采的濃度問題，則需要通過精細化的管理、科學化的工藝、智能化的設備配合而形成的煤礦瓦斯精細化治理來實現。

（二）抽放設備設置問題

抽放設備的好壞是抽放工作能否順利進行的保障，而要保證瓦斯的安全抽放，那么就必須重視設備的安置問題。目前瓦斯抽放使用的裝備一般為煤礦瓦斯抽放泵，在安置抽放泵的過程中應嚴格考慮各種因素，從根本上保證瓦斯抽放的進行。現下的很多煤礦企業在設置泵房時都過于靠近建筑物或礦井口，這對于瓦斯排放有很大影響，應嚴格注意。針對這個問題，采取的措施就是嚴格考慮環境因素，在放置過程中應盡量減少外界對抽放設備的干擾，盡可能避免一系列安全事故的發生。工作單位在進行瓦斯抽放泵的設置時應盡量遠離建筑物或礦進口，且也應盡量遠離人口密集的地區，如果沒有考慮到這些問題那么就極其容易發生瓦斯安全事故，不利于安全生產。

（三）疏忽管理

在煤礦瓦斯管路管理上，有關單位研發了瓦斯管路監測系統，但是其偏重的只是監測，而對動態智能化調節控制尚未開展；另外，歐洲國家抽采氣體的組分檢測是甲烷、氧氣和二氧化碳三種，而我國只要求檢測甲烷一種組分，在瓦斯治理的精準化研究和治理方面尚有一定的差距。

二、瓦斯精細化、科學化抽采的系統建設

（一）分源、分區域抽放的局部獨立單元管理

目前煤礦采用的基本都是地面建設瓦斯抽放泵站集中抽放，這種方式對瓦斯抽放的分源、分區域管理造成了很大的難度。國內某些礦井已經開始試驗每個鉆孔的抽放參數管理，雖然逐孔控制的方式可以做到抽放的精細化管理，但是系統建設的復雜、工程建設的成本等可想而知，顯然不是一個經濟的選擇。而煤礦井下不同區域又具有基本相同的抽采條件，如一個采面的鉆孔和瓦斯參數基本一致，這就為分源、分區的抽采干管、支管抽采參數精細化管理提供了可行的方案。它可以做到科學性和經濟性的合理匹配。地面集中抽放泵站的參數調節針對的是整個礦井系統，其參數調節不可能滿足井下各個地區抽采參數的需求，而作為地面集中瓦斯抽放泵站調節的補充，獨立分源、分區的瓦斯參數監測和自動反饋調控單元建設顯得很有必要，它可以實現基于同一地面泵站條件下的抽放參數調節和區域匹配，實現負壓、流量的分區智能調節，實現真正意義上的管路檢測、監控、管理。

（二）頂板走向長鉆孔抽采

目前，針對高瓦斯無煤柱綜合抽采和綜放工作面的一些特征，可以采取頂板走向長鉆孔抽采技術，抽出其鄰近層瓦斯。針對瓦斯超限的問題，可以使用沿開采層頂板巖層走向布置的迎面定向水平長鉆孔，而不是采用頂板瓦斯巷抽采鄰近層瓦斯。相比較于頂層巖巷抽采法和在最高層短鉆孔抽采法，頂板走向長鉆孔抽采技術在技術方面和經濟方面有一定的優勢，頂板走向長鉆孔抽采技術在中國多個地區廣泛推廣使用，為中國煤礦工程開采作出了巨大的貢獻，瓦斯開采率大大提高，同時實現了中國煤礦開采的高效性和安全性。

（三）瓦斯抽采泵站的布置

合理布置瓦斯抽采泵站的具體位置。瓦斯抽采泵站不能設置在地下，而要設置在地面上。瓦斯泵應被圈定在一定的范圍內，其周圍50m的范圍內應避免有居民在周圍居住，在其周圍20m范圍內應保證沒有易燃物品。為了盡量保證瓦斯抽采泵站的安全性，應在其周圍安置相應的消防設置，瓦斯抽采泵站的房間，應當采用不易燃的建材。瓦斯泵站還應做好防雷接地，泵站內采用隔爆型電氣設備。為了保證抽采瓦斯的安全性，還需要在抽采系統中安置相應的監測系統，根據實際監測的數值了解瓦斯抽采系統的工況，有效防止瓦斯事故的發生。

結語

礦井最嚴重的自然災害之一就是瓦斯事故，隨著中國開采量不斷增大，開采技術也得到了相應提升，但是礦井開采中仍有許多不確定因素，這時有效的抽采瓦斯對礦井開采的安全起到至關重要的作用，不管是單一的瓦斯抽采方式還是綜合的瓦斯抽取，都有助于降低礦井瓦斯濃度，更好地保障相關人員的生命安全。

參考文獻：

[1]程遠平，付建華，俞啟香.中國煤礦瓦斯抽采技術的發展[J].采礦與安全工程學報，2009，26（2）：127-139

[2]周廷揚.高瓦斯厚煤層分層開采瓦斯防治技術研究[J].煤炭工程，2017（S2）：53-57，61

[3]沈廣輝，樊艷虹，樊斌，等.采空區瓦斯分布規律及瓦斯抽采方法的研究[J].工礦自動化，2009，35（4）：95-96

[4]謝中朋，張玉春，羅新榮.煤礦瓦斯儲運機理研究[J].煤炭科技，2003（2）：1-2