抽采利用技術在礦山瓦斯防治中的有效應用探微

摘 要：鑒于礦山瓦斯事故的嚴重危害性，礦山安全開采的形勢更加嚴峻，迫切要求合理應用抽采利用技術，在有效預防礦山瓦斯事故的同時，實現(xiàn)礦山瓦斯資源的開發(fā)利用。本文首先就礦山瓦斯抽采利用技術予以概述，指出了瓦斯抽采所面臨主要問題，并根據(jù)實際礦山瓦斯防治要求，介紹了三區(qū)聯(lián)動抽采模式，以期提高礦山瓦斯防治效果。

關鍵詞：抽采利用技術;礦山;瓦斯防治;應用

在礦山開采中，瓦斯依然是困擾采礦安全的重要因素，對采礦業(yè)可持續(xù)發(fā)展帶來較大阻礙。在礦層中，瓦斯爆炸、窒息、突出等災害性事故的發(fā)生，會對采礦人員及礦山資產(chǎn)造成極大損失。瓦斯事故中危害性最大的當屬瓦斯爆炸，也是礦山瓦斯防治的重點內容。而礦山瓦斯抽采利用技術的開發(fā)與應用，其目的就在于預防礦山瓦斯災害，也是礦山資源綠色、高效、安全開采的重要手段。下面就礦山瓦斯抽采利用技術的概念、問題及實際應用展開詳述。

1 礦山瓦斯抽采利用技術概述

1.1 礦山瓦斯抽采技術

在礦山瓦斯防治中，瓦斯抽采技術有重要應用，通過放置管道或者井下鉆孔空的方式，將礦層賦存區(qū)中的瓦斯抽采至地上專用設施，并加以開發(fā)利用。礦山瓦斯抽采技術的應用，不僅起到較高瓦斯事故預防效果，而且還可將所抽采的瓦斯用于生產(chǎn)生活，有效補充天然氣能源缺口，帶來較高經(jīng)濟效益。隨著瓦斯抽采技術發(fā)展，多種抽采技術相繼出現(xiàn)，對于低滲透瓦斯的抽采也取得較大進步，注水壓裂、大直徑鉆孔等方法有較好的應用效果，但整體瓦斯抽采水平，較國際先進采煤國家仍有差距，在瓦斯抽采利用及安全性保障方面仍需作出更大努力。

1.2 瓦斯實時監(jiān)測控制技術

為有效控制礦井瓦斯?jié)舛龋枰侠聿荚O瓦斯監(jiān)測裝置，通常集中在礦井巷道、瓦斯涌出點等部位，建立礦山瓦斯實時監(jiān)測網(wǎng)絡，若監(jiān)測到井下瓦斯?jié)舛瘸瑯耍瑧l(fā)出警示信號，還要結合井下狀況，做好斷開井下電源的準備，有效避免礦井瓦斯事故的發(fā)生。在科技發(fā)展推動下，礦山瓦斯監(jiān)測技術獲得較大發(fā)展，特別是井下互聯(lián)技術的應用，使得礦山瓦斯監(jiān)測控制水平有很大提高，但因礦山地質條件的差異性以及礦山管理上的不足，使得礦山瓦斯監(jiān)測防治仍存有許多缺陷。

1.3 瓦斯利用技術

通常以瓦斯中甲烷含量為標準，將礦山瓦斯卻分為：甲烷含量大于30%的為中高濃度瓦斯;甲烷含量在1%～30%范圍的為低濃度瓦斯;甲烷含量小于1%的為超低濃度瓦斯。分別具有不同的利用途徑。其中，中高濃度瓦斯因其甲烷含量較高，具有很高實用性，通常可直接用于生產(chǎn)生活，如民用燃氣或者工業(yè)燃料等;低濃度瓦斯可用于瓦斯發(fā)電，或者利用瓦斯?jié)饪s技術，去除多余的成分，提升甲烷濃度，有利于擴展應用范圍;超低濃度瓦斯，在礦山瓦斯資源中占比最高，因其可可燃性低且濃縮成本高，通常直接通風排空。國際上較為先進的超低濃度瓦斯利用技術主要為瓦斯氧化技術。

2 瓦斯抽采所面臨主要問題

2.1 抽采方法及參數(shù)優(yōu)化設計

現(xiàn)如今，綜合抽放瓦斯的方式在礦山瓦斯防治中有較多的應用，通過綜合使用多種抽采方法，實現(xiàn)同一采區(qū)內瓦斯抽放效率的最大化，主要包括采前預抽以及采空區(qū)、鄰近層瓦斯采后抽等。在礦山瓦斯抽采作業(yè)中，封孔技術發(fā)揮重要作用，其中黃泥或水泥團封孔技術，成本低但耗時長，且封孔長度短、遇水易軟化;注漿封孔技術，具有較長封孔長度，但操作難度大，水泥材料易出現(xiàn)裂縫;聚氨酯材料封孔，具有較強附著力及強度，但成本高，不可回收。若封孔存在質量問題，極易導致抽采鉆孔出現(xiàn)瓦斯泄漏問題，進而影響抽采效率。通常要根據(jù)礦山礦層地質構造及生產(chǎn)條件，合理選擇鉆孔封孔技術，有效保障封孔的實際效果。綜合抽采瓦斯實施階段應留意如下內容：一是要從礦山地質條件出發(fā)，合理選取抽采方法，并進行優(yōu)化組合設計，確保較高的瓦斯抽采效率;二是對鉆孔進行科學規(guī)劃和設計，對鉆孔參數(shù)予以優(yōu)化，在不同抽采階段，合理規(guī)劃鉆孔分布，確保抽采質量;三是要合理選擇抽采鉆孔封孔技術，并加大新型封孔技術研究，切實提高封孔效果。

2.2 低滲透礦層瓦斯的強化預抽

我國礦山瓦斯存量較大，且其賦存條件表現(xiàn)出較大的地域差異性，低壓低滲透礦層瓦斯普遍存在，雖然瓦斯抽采利用技術水平有較大發(fā)展，但仍難以滿足產(chǎn)業(yè)化、規(guī)模化發(fā)展的需要。而強化預抽的方式在低滲透礦層，特別是單一礦層中有較多應用。在我國，對于瓦斯強化預抽的嘗試起于上世紀六十年代，在礦山瓦斯預抽中使用較多的有：注水壓裂、水力割縫、爆破、鉆孔等，主要為改善礦層瓦斯的滲透效率，提高礦山瓦斯抽采效率。然而，上述強化預抽技術盡管有一定效果，但局限性依然存在，難以在礦山中得到普遍推廣。現(xiàn)如今，低滲透礦層依然是礦山瓦斯抽采的難點所在，需對強化預抽技術做出創(chuàng)新和改進，提升礦山瓦斯抽采利用的效率。

3 礦山瓦斯三區(qū)聯(lián)動抽采

為更好了解礦山瓦斯抽采利用技術，現(xiàn)就礦山瓦斯防治中三區(qū)聯(lián)動抽采模式予以介紹。通過統(tǒng)籌規(guī)劃礦山開采及瓦斯抽采，在保障礦山開采的基礎上，提高瓦斯抽采效率。其主要采取地面及井下聯(lián)動抽采的方式，要根據(jù)單井抽采效果以及礦井瓦斯含量的均勻下降要求，對地面抽采鉆井進行合理布局。

3.1 地面預抽

在礦山開采中，首先要將高瓦斯礦層轉化為低瓦斯礦層，主要采取地面預抽的方式，有效保障礦山開采安全，預防瓦斯事故發(fā)生。通常要在礦山開采之前，實施瓦斯地面預抽作業(yè)，這樣可有效減少礦井瓦斯含量，較好的規(guī)避礦山開采瓦斯隱患。地面預抽的方式，其優(yōu)勢在于不影響礦井開采，而且瓦斯抽采不再受時空限制，在礦山生產(chǎn)前有充足的的時間進行布置，能夠實現(xiàn)大規(guī)模抽采作業(yè)，有更高的瓦斯控制效果。同時，在完成地面預抽后，其抽采鉆孔還可用于地質勘探，降低鉆孔成本。

3.2 井上井下聯(lián)動抽采

在礦山開采過程中，地面規(guī)劃區(qū)產(chǎn)生了區(qū)域功能上的轉變，要結合礦山開采規(guī)劃，對開拓區(qū)內的井下巷道制定掘進計劃，并根據(jù)生產(chǎn)需要，合理轉變礦山瓦斯抽采的方式，充分借助地面抽采所產(chǎn)生的礦層裂縫，以及礦井作業(yè)所產(chǎn)生的鉆孔，實現(xiàn)地面與井下抽采聯(lián)合作業(yè)的形式，這更有利于煤層瓦斯的控制。該方法的實施，要首先對礦山開采區(qū)進行地面預抽，待其轉變?yōu)殚_拓區(qū)后，可充分利用抽采鉆孔的井下裂縫及施工鉆孔空，構建起立體化的瓦斯抽采網(wǎng)絡，這樣可顯著減少抽采達標耗時，提高礦山瓦斯防治效率。

3.3 井下遞進抽采

當?shù)V井中具有多條巷道時，可采取井下遞進抽采的方式，通過合理布置回采工作面，要在礦井工作面開采進行時，預先開展下一工作面的瓦斯抽采作業(yè)，要預留足夠的抽采時長，確保回采工作面的瓦斯?jié)舛鹊陀谙拗担@樣就形成了逐一推進的抽采形式，實現(xiàn)了礦井各工作面的抽采和掘進的交替進行。該方法通過合理規(guī)劃抽采順序，有效規(guī)避回采工作面的時空限制，即滿足礦井工作面回采的要求，也提高了回采面瓦斯防治效果，特別是在中高滲透礦層開采中，有較好的應用效果。

4 結束語

綜上所述，隨著礦山開發(fā)規(guī)模的增長，瓦斯防治的難度顯著提升，對瓦斯抽采利用技術提出更高要求。在礦山開采中，需加強瓦斯監(jiān)測控制，并合理利用抽采利用技術，有效控制礦山瓦斯含量，更好的保障礦山安全生產(chǎn)。然而在礦山瓦斯防治工作中，仍面臨低滲透礦層和抽采方法及參數(shù)優(yōu)化設計等難題，要求礦山企業(yè)加大瓦斯防治投入，創(chuàng)新瓦斯抽采技術及工藝，創(chuàng)造更多的安全效益。

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作者簡介：

王海林（1986- ），男，籍貫：山西省呂梁市，本科學歷，畢業(yè)于太原理工大學，采礦助理工程師。