煤礦瓦斯綜合抽采技術及應用

趙 恒

（山西晉煤集團趙莊煤業有限責任公司通風管理部，山西 長治 046600）

引 言

近年來，由于煤礦機械化開采水平的不斷提升，以及新型采煤技術的推廣使用，采煤效率不斷提高，速度不斷加快，煤的產量也逐步提高。隨著采煤深度的不斷延伸，煤層中的瓦斯含量暴增，造成了較大的安全隱患。為了消除這個安全隱患，一般在開采前進行瓦斯抽取工作。但是單一形式的瓦斯抽取，在抽取能力和抽取效率上無法滿足瓦斯抽采的實際需求，不能保證煤礦工作面的安全開采。所以，對瓦斯抽采方法綜合采用多種手段和多種措施，才可以保證礦井的安全生產［1－2］。

1 煤礦瓦斯綜合抽采分類

根據煤礦瓦斯抽采不同的分類形式，抽采方法較為多樣。具體可以按照煤層的開采時間、瓦斯抽采對象、抽采方式等分類模式進行劃分。以煤礦瓦斯抽采時間維度劃分，在每個階段再進行詳細類型劃分，其詳細劃分方式如表1所示。

對于抽采方式的選擇，并非一個礦井窮盡所有抽采方式才是最好的，也并非窮盡所有的方式才稱作是煤礦瓦斯的綜合抽采。同時，針對不同礦井，不可能使用單一的瓦斯抽采技術來實現瓦斯的抽采，從而實現抽采的最大效率。通過綜合抽采的實施，能夠使得煤礦抽采的各個階段達到各項考核指標的要求，從而保證各項工作的全面進行，提高礦井的運營效率，保障煤礦的安全生產［3］。

表1 煤礦瓦斯抽采方法

2 煤礦瓦斯綜合抽采作用以及抽采考核指標

通常情況下，瓦斯綜合抽采法是指綜合利用采前、采中、采后各個時間段中不同方法有效組合的抽采方法，每個階段負責不同的抽采任務，采前抽采能夠使得采煤區域的瓦斯總量和瓦斯壓力有效降低，瓦斯壓力和含量一般應該分別降低到0.74MPa和8m3／t；在開采過程中，使用瓦斯抽采技術能夠保證開采工作面內的瓦斯含量快速降低，通過這種方法能夠對采煤工作面上隅角瓦斯含量進行有效控制，從而保障煤礦開采工作面的開采安全。其衡量指標為：風速≤4m／s，工作面回風流、上隅角瓦斯濃度＜0.8%。采煤工作面的瓦斯抽采率衡量標準根據瓦斯來源的不同而不同，瓦斯來源于臨近層，其抽采效果主要衡量標準是工作面瓦斯抽采率，當Q1∈［20m3，40m3］時，η1≥40%；Q1∈［70m3，100m3］時，η1≥60%；Q1≥100m3時，η1≥70%。瓦斯來源于本采煤層，則采取開采每層可解吸瓦斯含量來判斷瓦斯抽采效果，其衡量指標為B∈［2 501t，4 000t］時，W ≤6m3／t；B∈［6 001t，8 000t］時，W ≤5m3／t；B≥10 000t時，W≤4m3／t。開采結束后，瓦斯的主要抽采對象聚焦于頂底板裂縫內和采空區等瓦斯濃度相對較高的區域，并且做好瓦斯的利用工作，達到提升采煤區域瓦斯抽采利用的效果。此項抽采技術目前還沒有明確的考核指標。

采煤區總回風瓦斯的濃度可以作為評判綜合抽采的標準。其綜合評判標準為：整個礦區總回風瓦斯濃度小于 0.75%，Q2∈ ［40m3，80m3］時，η2≥40%，Q1∈［160m3，300m3］時，η2≥50%，Q1≥600m3時，η2≥60%。各項瓦斯抽采的評判指標是瓦斯抽采的最低要求，其最終目的是能夠保證開采工作面最低抽采要求，同時，在此基礎上能夠使瓦斯抽采數值最大化，進而保障了礦井開采安全。

上文中，Q1代表工作面瓦斯的涌出含量，Q2代表礦井瓦斯的涌出含量，η1和η2分別代表工作面和礦井的瓦斯抽采效率，B代表工作面的每日煤炭產量，W 代表采煤區煤層可以分解和吸收的瓦斯量。

3 煤礦瓦斯綜合抽采的基本方法和適用情況

綜合瓦斯抽采的基本方法和其適用條件如表2所示。

表2 綜合瓦斯抽采的基本方法和其適用條件

4 綜合抽采技術應用案例

4.1 礦井概況介紹

本文以國內某礦井為研究對象，該礦核定的產能為280萬t／a，其中，4＃、8＃、11＃為主采煤層，7＃煤層僅局部可采。4＃、8＃存在較大的瓦斯安全隱患，往年多次發生瓦斯涌出現象，在一處深度為500m的地下測得最大瓦斯壓力達到3.9MPa，其含量約為11.3m3／t；4＃煤層最深開采標高為－540m～－700m，壓力為3MPa～4.5MPa，含量達到9m3／t～12m3／t，7＃煤層分為3個采煤區，往年無瓦斯突出危險。根據2017年對礦井內工作面瓦斯鑒定報告顯示，該礦井內部工作面的瓦斯總涌出量為14m3／min，當前礦井內部存有永久抽采系統1套，井下可移動抽采設備2套。

4.2 綜合抽采方案

根據上文中討論的抽采劃分原則，制定以下抽采方案。

在礦井可采區域內采用保護層開采技術，并對8＃煤層選用底板巖巖巷網格式向上穿層鉆孔發進行抽采工作，這種方式能夠快速有效地降低該層的瓦斯量，最大限度地消除危險性。在不可采區域，使用預抽煤層瓦斯技術對瓦斯進行抽采，能夠保障煤層工作面的快速有效采掘。詳細方法如表3所示。

表3 綜合抽采方案表

通過對8＃煤層以及4＃煤層的實際抽采效果進行對比，如表4所示。

表4 煤層抽采效果對比表

5 實施效果

通過對煤層綜合抽采技術的實際應用，極大地提升了礦井瓦斯抽采量，煤礦采煤安全生產得到較為明顯的改善。2017年，煤礦平均瓦斯抽采率達到65%，累計抽取瓦斯量2 300萬m3，礦井并未出現瓦斯的超限現象，滿足了瓦斯的安全高效開采，安全煤炭采掘達到290萬t。