煤矿瓦斯抽采技术研究及应用

王世文

摘 要：在开采深度加大的背景之下，煤矿中瓦斯的含量也逐渐增高，想要满足煤矿开采各方面的安全需求，必须要充分利用瓦斯综合抽采技术。本文分析瓦斯抽采技术在煤炭开采过程中的具体应用。

关键词：煤矿；瓦斯；抽采；应用

引言

煤矿开采时，往往含有大量瓦斯气体，如果不能提前将其抽采出来，会导致生产过程中出现严重的安全事故。当前应用单一抽采技术已不适用于煤炭深层开采的需求，瓦斯综合抽采技术应运而生。

一、我国煤矿瓦斯抽采技术发展及现状

抽采技术的应用虽说对提高煤矿瓦斯治理有明显效果，可是却存在着一个普遍没办法忽视的问题—需要大量的煤岩层钻孔。而且这些抽采工程一定在具备施工钻孔的巷道条件后或者提前开掘专门的岩层巷道后才可以实施，这样就大大增加了煤矿开采的成本。

二、煤矿瓦斯抽采的技术途径

煤矿瓦斯的抽采是通过分别对回采工作面的采前、采中和采后的抽采来实现的。

采前抽采主要目的是降低煤层瓦斯压力和含量，消除其突出危险性。对于单一煤层，采用预抽煤层瓦斯技术，具体的抽采方式包括穿层钻孔结合顺层钻孔瓦斯抽采法，顺层长钻孔递进掩护瓦斯抽采法，千米钻机顺层长钻孔瓦斯抽采法，地面钻井抽采法等措施。我国的大多数煤层透气性系数很低，要求抽采钻孔的间距不能过大，在淮南、淮北地区，抽采煤巷条带的穿层钻孔间距一般为5～8m，抽采工作面煤体的顺层钻孔间距一般为3～5m；而千米钻机顺层长钻孔抽采方式对煤层赋存要求较高。而对于煤层群开采条件，则应优先采用保护层开采及卸压瓦斯抽采技术，卸压瓦斯抽采方法主要包括底板岩巷网格式穿层钻孔抽采法和地面钻井瓦斯抽采法。

采中抽采是为了確保工作面的开采安全，抽采方式与工作面通风方式有关。对于采用U型通风的工作面，抽采方式包括顶板走向穿层钻孔抽采法、采空区埋管抽采法、采空区插管抽采法、地面钻井抽采法等；对于采用Y型通风的工作面，抽采方式包括沿空留巷穿层钻孔抽采法、沿空留巷埋管抽采法、地面钻井抽采法等。而对于工作面瓦斯涌出量在30m3/min以上的高瓦斯工作面，不论采用何种通风方式，均可采用走向高抽巷法进行瓦斯抽采，在具有外错尾巷的工作面还可采用倾斜高抽巷法和大直径倾斜钻孔法进行瓦斯抽采。

采后抽采是对密闭采空区及顶部裂隙内的瓦斯进行抽采，主要作用是为了提高矿井瓦斯抽采率和提高矿井瓦斯利用量，主要方法包括地面钻井抽采法、井下穿层钻孔抽采法和密闭埋管抽采法等。

三、抽采技术的应用

某煤矿为瓦斯突出矿井，其核定生产能力240万t/a，主采3、7和10煤层，6组煤为局部可采煤层，其中7煤层和3煤层均为煤与瓦斯突出煤层，曾发生多次煤与瓦斯突出动力现象，在标高-550m处测定的最大瓦斯压力为3.5MPa，瓦斯含量为12.4m3/t；3煤层目前开采最深采区（标高-550～-800m）瓦斯压力为2.0～4.76MPa，瓦斯含量为8.70～11.57m3/t；10煤层、6组煤无突出危险，6组煤包括61、62、63煤层。

根据瓦斯等级鉴定结果，矿井总的相对瓦斯涌出量为13.55m3/min，绝对瓦斯涌出量为66.43m3/min。矿井现有地面永久抽采系统1套，井下移动抽采系统2套。根据采前抽采、采中抽采、采后抽采的划分原则，煤矿矿井综合瓦斯抽采方案如图1所示。

3.1采前瓦斯抽采

对于7煤层，在6组煤可采区域，采用保护层开采技术利用底板岩巷网格式上向穿层钻孔法抽采7煤层瓦斯。82采区处于突出危险区内的7煤层，采用该方法，在采区北翼采用62煤层作为保护层，在采区南翼采用61煤层作为保护层，该方法可有效降低煤层瓦斯含量，彻底消除煤层的突出危险性。在6组煤不可采区域，利用底板岩巷网格式穿层钻孔抽采煤巷条带瓦斯，掩护煤巷的安全掘进，采用顺层钻孔抽采工作面开采区域瓦斯，消除工作面煤层的突出危险性，采用该方法，81采区713工作面运输巷实现了机械化掘进，平均月进尺在200m以上，工作面实现了安全高效开采。

对于3煤层，煤层赋存稳定，随着开采深度的增加，煤层瓦斯压力和含量逐渐加大，-550m标高以深为突出危险区。由于煤层硬度较高，为便于施工顺层长钻孔，在突出危险区的浅部（-550～-650m）采用顺层长钻孔递进掩护区域性瓦斯抽采方法。该方法已经在采区内推广应用了3～4个工作面，应用效果良好，有效降低了煤层瓦斯含量和压力，确保了工作面的安全高效采掘作业，煤巷平均掘进速度在300m/月以上，产量在15万t/月以上。对于突出危险区的深部区域（-650m以深），煤层瓦斯压力和含量进一步加大，突出危险性进一步增大，从钻孔施工的安全性及瓦斯治理的效果方面考虑，将瓦斯治理方案调整为穿层钻孔结合顺层钻孔的瓦斯抽采方法，利用穿层钻孔抽采煤巷条带瓦斯，掩护煤巷的安全掘进，使用顺层钻孔抽采工作面区域瓦斯，保证了工作面的开采安全。

7煤层和3煤层的采前抽采效果见表1。通过采前抽采，煤层的瓦斯压力降至0.74MPa以下，煤层瓦斯含量降至8m3/t以下，消除了煤层的突出危险性。6、10煤层由于本煤层瓦斯较小，不需要进行采前瓦斯抽采。

3.2采中瓦斯抽采

采中瓦斯抽采主要是为了防止工作面上隅角瓦斯超限，确保工作面的安全生产，对于U型通风工作面，最常用的为顶板走向穿层钻孔抽采方法和采空区埋管抽采方法，在10煤层、7煤层、61煤层和3煤层工作面开采过程中均得到了很好的利用。在瓦斯涌出量大的7煤层和3煤层工作面还采用了上隅角插管瓦斯抽采方式，取得了良好的效果。为提高采空区瓦斯抽采效果，在3煤层工作面，将采空区埋管抽采改为采空区长立管瓦斯抽采，采空区瓦斯抽采效果显著增加。其他预抽措施的抽采工程在煤层开采过程中继续发挥作用，在采动作用下进一步抽采煤层瓦斯，有效降低工作面瓦斯涌出量。

3.3采后瓦斯抽采

对部分7煤层和3煤层封闭后的采空区进行了瓦斯抽采，为矿井的瓦斯电厂提供高浓度瓦斯。

3.4瓦斯抽采效果

通过对矿井煤层采取综合瓦斯抽采措施，矿井瓦斯抽采量大幅度提高，安全生产形势明显改善。

四、结束语

单一瓦斯抽采技术虽然得到了普遍应用，但存在较多的局限性，无法满足煤矿深层开采的需要。在此背景下，应根据煤层地质条件，综合应用多种瓦斯抽采方式，提升煤矿开采的安全性，保证其生产效益与社会效益的提高。

参考文献：

[1]梁建民，韩关桥，谭建军.煤矿瓦斯抽采技术的应用对比[J].煤炭与化工，2014，37（09）：4-6+10.

[2]张浩然. 煤矿瓦斯抽采技术研究及应用[D].太原理工大学，2011.