煤礦瓦斯治理“先抽后采”技術(shù)的應(yīng)用

馬 威

（六枝工礦（集團(tuán)）恒達(dá)勘察設(shè)計(jì)有限公司，貴州 六盤(pán)水 553400）

每年我國(guó)因?yàn)槊旱V瓦斯爆炸造成的人員傷亡事件較多，采礦業(yè)的安全管理技術(shù)的應(yīng)用成為行業(yè)內(nèi)普遍關(guān)注的話題。隨著人們對(duì)于一次性能源需求的不斷攀升，而瓦斯作為熱值系數(shù)高，使用范圍廣及使用周期較大的能源，在日常生活中使用廣泛。但在瓦斯開(kāi)采過(guò)程中，由于開(kāi)采施工技術(shù)及安全管理責(zé)任體制落實(shí)不到位，會(huì)發(fā)生瓦斯爆炸的現(xiàn)象。為保證采礦作業(yè)的安全性，防止瓦斯事故的頻發(fā)發(fā)生，提出了“先抽后采”的施工工藝，優(yōu)先使用區(qū)域性瓦斯治理的方法，為改善開(kāi)采施工環(huán)境，保障開(kāi)采技術(shù)人員的人身安全提供了技術(shù)保障。

1 “先抽后采”的理論概念及相關(guān)概述

“先抽后采”的理論概念是在本世紀(jì)初，在認(rèn)真總結(jié)了我國(guó)煤礦開(kāi)采安全管理工作經(jīng)驗(yàn)的過(guò)程中提出的，目的是為了建立長(zhǎng)效的安全管理制度，并以瓦斯防治工作為實(shí)踐目的，體現(xiàn)以預(yù)防為主、治本為策的技術(shù)應(yīng)用理念。從我國(guó)實(shí)際事故發(fā)生的原因、解決措施及預(yù)防措施方面，對(duì)“先抽后采”的開(kāi)采技術(shù)理念進(jìn)行分析。煤層瓦斯不宜在采前進(jìn)行抽放，因此在采挖的過(guò)程中，應(yīng)結(jié)合瓦斯釋放量的大小，根據(jù)開(kāi)挖煤層的具體施工條件，制定合理的開(kāi)采流程，并防止產(chǎn)生煤和瓦斯突然噴出的現(xiàn)象。

2 某煤礦瓦斯抽放系統(tǒng)建設(shè)現(xiàn)狀

某煤礦的瓦斯抽放系統(tǒng)正常運(yùn)行在1975年，經(jīng)過(guò)40多年的發(fā)展，瓦斯抽放量和對(duì)應(yīng)的鉆孔水量不斷增加，如今已可達(dá)到1200萬(wàn)m3/a，鉆孔數(shù)量也能夠達(dá)到2400個(gè)。某煤礦在瓦斯抽放系統(tǒng)中，共建有兩套永久性的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，基本能夠滿(mǎn)足當(dāng)?shù)丶爸苓厖^(qū)域的能源使用。在綜采面的個(gè)數(shù)上含有2個(gè)，可以覆蓋整個(gè)采集區(qū)域的75%。建有3套可移動(dòng)狀態(tài)的瓦斯抽放系統(tǒng)，可保證充足的流量和使用性能穩(wěn)定的瓦斯。

反觀我國(guó)瓦斯“先抽后采”工藝發(fā)展歷程看，我國(guó)大部分的煤層具有低透氣性，且結(jié)合“三性”特征，其在多數(shù)的煤層透氣性系數(shù)的計(jì)算中，往往采用的是10-3～10 m2/（MPa2·d）。從國(guó)際范圍上分析，美國(guó)在瓦斯采氣技術(shù)上具有領(lǐng)先水平，我國(guó)借鑒美國(guó)煤層開(kāi)采技術(shù)，鉆井超過(guò)200余口，在壓裂的單井短期的穩(wěn)產(chǎn)中3 km3/d，與美國(guó)的單井平均產(chǎn)量為20 km3/d相差甚遠(yuǎn)，收獲的商業(yè)價(jià)值較小。

3 “先抽后放”瓦斯抽取作業(yè)的建立

3.1 盆底區(qū)瓦斯預(yù)抽工作的建立

某煤礦礦產(chǎn)總量逐年上升，因此采礦區(qū)域逐步向深部縱向挖采，尤其是深入到盆底區(qū)以來(lái)，煤層厚度達(dá)到10~17 m，瓦斯賦存系數(shù)持續(xù)攀升，可達(dá)到8~13 m3/（15#，18#煤層），由于瓦斯量的增多，嚴(yán)重導(dǎo)致瓦斯開(kāi)挖過(guò)程中存在的安全風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)加大。

在盆底區(qū)煤層瓦斯開(kāi)采作業(yè)中，以15#煤層為例，主要結(jié)合預(yù)抽鉆孔和抽放瓦斯為主要開(kāi)采手段，隨著施工進(jìn)程的展開(kāi)，在每年的預(yù)抽系統(tǒng)鉆孔和抽放機(jī)道的挖取中，一共形成了5條橫向機(jī)道，分別為—180、—210、—225、—247 和—280 機(jī)道，按照煤層分布，在15#，18#煤層分布了1~3段的機(jī)道，這5條機(jī)道都位于18#煤層的下方，且距離煤層的底板較近，大約為5~20 m的間距。根據(jù)機(jī)道的位置，可以進(jìn)行有效的鉆孔布局，每個(gè)機(jī)道可布置10個(gè)鉆孔，鉆孔與水平面之間的仰角為15°~25°。這種先抽的瓦斯開(kāi)采方式，能夠減小瓦斯開(kāi)采過(guò)程中的壓力，起到瓦斯泄壓的作用。鉆孔抽放布置圖如下圖1所示。

圖1 18#煤層抽放系統(tǒng)中鉆孔布置圖

3.2 穿層瓦斯預(yù)抽鉆孔及鄰近層的瓦斯卸壓

本煤礦中的主要煤層15#，18#兩者之間的水平間距在35 m以?xún)?nèi)，11 m以上，在18#煤層中含有巷道，因此應(yīng)充分的結(jié)合高鉆孔的施工進(jìn)行上下兩排的鉆孔，下層的角度應(yīng)與水平位置保持在20°以?xún)?nèi)，而鉆孔的仰角應(yīng)在32°以?xún)?nèi)，不同的仰角，能夠提升煤層分布的均勻性，同時(shí)結(jié)合抽放系統(tǒng)的作用，減小整體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的抽放的誤差。在抽放作業(yè)的過(guò)程中，主要結(jié)合鄰近煤層進(jìn)行作業(yè)，采用穿層抽放的方式進(jìn)行作業(yè)。

在實(shí)際開(kāi)采作業(yè)過(guò)程中，應(yīng)充分結(jié)合煤礦的開(kāi)采環(huán)境，結(jié)合煤層的距離和種類(lèi)，采取多種抽放瓦斯的方法進(jìn)行采取，主要以穿層鉆孔、平行和交叉鉆孔為主，其中在采空區(qū)抽放的技術(shù)應(yīng)用中，分為一分段一分層進(jìn)行抽放，瓦斯體積分?jǐn)?shù)數(shù)值為14%，流量數(shù)值為27.5 m3/min。

4 煤礦瓦斯“先抽后采”技術(shù)及施工工藝應(yīng)用前景

在瓦斯抽放技術(shù)應(yīng)用中，本煤層預(yù)抽在20世紀(jì)中葉就已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用，高透性的煤層結(jié)構(gòu)，使得預(yù)抽的煤層系統(tǒng)得到了高體積的瓦斯分?jǐn)?shù)，其中數(shù)值上達(dá)到了80%~90%。以此，提供了穩(wěn)定性的可靠資源，確保了整體礦區(qū)煤層結(jié)構(gòu)向深部發(fā)展的穩(wěn)定性及安全性應(yīng)用。

在臨近層泄壓瓦斯抽放系統(tǒng)中，在本項(xiàng)目中，對(duì)盆底區(qū)的—247機(jī)道往盆底區(qū)北翼進(jìn)行有效的連接，解決了鄰近煤層瓦斯開(kāi)采的難題。同時(shí)能有效緩解連續(xù)抽放過(guò)程中的相關(guān)瓦斯涌向的現(xiàn)象，結(jié)合鄰近層的鉆孔抽放，提升泄壓瓦斯抽放穿層技術(shù)的應(yīng)。

5 結(jié) 語(yǔ)

綜上所述，在瓦斯開(kāi)采安全治理的過(guò)程中，應(yīng)首先在有條件的基礎(chǔ)上盡可能的采取優(yōu)先采用的原則，將區(qū)域性的瓦斯治理方法進(jìn)行多樣化分析，并要強(qiáng)調(diào)突出危險(xiǎn)煤層采用區(qū)域性“先抽后取”采樣方法的作用。