煤矿瓦斯治理“先抽后采”技术的应用

李甘霖

（贵州雄兴矿业有限责任公司火烧铺煤矿雄兴井区，贵州 六盘水 553539）

一、“先抽后采”的理论概念及相关概述

“先抽后采”的理论概念是在本世纪初，在认真总结了我国煤矿开采安全管理工作经验的过程中提出的，目的是为了建立长效的安全管理制度，并以瓦斯防治工作为实践目的，体现以预防为主、治本为策的技术应用理念。从我国实际事故发生的原因、解决措施及预防措施方面，对“先抽后采”的开采技术理念进行分析。煤层瓦斯不宜在采前进行抽放，因此在采挖的过程中，应结合瓦斯释放量的大小，根据开挖煤层的具体施工条件，制定合理的开采流程，并防止产生煤和瓦斯突然喷出的现象。

二、煤矿瓦斯的风险

（一）瓦斯爆炸的原理分析

瓦斯爆炸在本质上是一种剧烈的燃烧反应，这类反应的过程极为复杂，游离基的链锁反应是燃烧反应的实质。瓦斯气体吸收足够的热量后，气体分子的链会立刻断裂，离解成多个游离基。游离基很活泼，条件适合时，游离基又可以继续分解，再形成多个游离基。这样一直反应下去游离基会越来越多，反应速率也越来越大，最终产生爆炸。

（二）发生瓦斯爆炸的条件

瓦斯气体中主要成分为甲烷，而甲烷与氧气发生反应的化学方程式为：CH4+2O2→CO2+2H2O，条件为点燃。由方程式可以看出瓦斯爆炸发生的条件为适合的氧气浓度、点火源、以及足够的瓦斯浓度。

1.足够的瓦斯浓度。瓦斯爆炸的界限约为为5%～16%。当瓦斯的浓度低于5%时，不会爆炸。当瓦斯浓度达到9.5%时，这时由于氧和甲烷气体完全反应，所以爆炸的威力最大。而当瓦斯浓度达到16%以上，瓦斯气体会失去其爆炸性。而当矿井通风系统出现问题而引起瓦斯积聚或发生突然的煤与瓦斯突出时，瓦斯浓度会在很短的时间内达到这一浓度范围。

2.适合的氧气浓度。通过以往实验证明，瓦斯的爆炸界限会随着氧气浓度的降低而减小，在氧气浓度减少到12%以下时瓦斯气体会失去爆炸性。而在井下实际环境中，通过对巷道进行通风，矿井空气中氧气的浓度一般会在20%以上。因此，氧气浓度这一条件始终存在。

3.点火源。在正常的大气环境下，瓦斯的引火温度为650℃～750℃，最小点燃能量为0.28mJ。煤矿井下引爆瓦斯的火源有爆破火花、电气火花、摩擦撞击火花、静电火花等。

三、煤矿瓦斯抽采

为了减少矿井风流中的瓦斯浓度，消除煤与瓦斯突出对煤矿安全生产的威胁，国家相关规定符合瓦斯抽采条件的矿井必须开展瓦斯抽采，并且提前3～5年制定抽采瓦斯规划，每年年底前编制下年度的抽采瓦斯计划，以确保抽采瓦斯工作面的正常衔接，做到“抽、掘、采”平衡。而什么是煤矿瓦斯抽采，到目前为止，仍没有一个非常合理的定义。据研究煤矿瓦斯抽放是利用瓦斯泵抽放瓦斯，在负压下人工抽取高浓度瓦斯并把它通过与巷道隔离的管网抽到地面。国家安全生产行业标准《煤矿瓦斯抽放规范》定义瓦斯抽放是采用专用设备和管路把煤层、岩层和采空区中的瓦斯抽出或排出的措施。《煤矿科技术语第8部分:煤矿安全》定义，瓦斯抽放是采用专用设施，把煤层、岩层及采空区中的瓦斯抽出或排出的技术措施。国家标准《煤层气(煤矿瓦斯)利用导则》定义煤矿瓦斯抽采是在井下采用专用设备和管路抽出煤矿瓦斯的方式。从以上几个定义可以归纳出瓦斯抽采特征：

1.设施:须用专用设备或管路。利用机械设备和专用管道造成的负压，将煤层中存在或释放出来的瓦斯抽出来，输送到地面并加以利用的做法。

2.功能:抽采或排出瓦斯。

3.场所:瓦斯抽采到底抽哪里的瓦斯，有两种说法，一种具体些，指煤层、岩层及采空区中的瓦斯;一种宏观些，指煤矿瓦斯。

4.目的:通过抽采降低矿井风流中的瓦斯浓度，来改善矿井的安全生产条件和安全状况。后来发展到降低煤层中的瓦斯防止煤与瓦斯突出。

5.抽采量计量:单个钻孔、采煤工作面或矿井瓦斯抽采量计算时都只计算标准状态下纯瓦斯(甲烷)量。

根据瓦斯的定义，地面钻井、顶板走向孔、倾向高抽巷和倾向穿层孔以及采空区抽采都属于煤矿瓦斯抽采，因为都抽取的是广义上的煤矿瓦斯。而顺层长钻孔、底板穿层钻孔抽采归为瓦斯抽采就显得不严谨，因为此时抽取的是煤层(或包括围岩)中的混合气体，该类气体它既不是广义上的瓦斯，因为它没有涌入到采掘空间，也不符合狭义上的瓦斯定义，即单独指甲烷。按照煤层气的定义，此类抽采应归类为煤层气抽采，因为此类抽采所抽取的是煤层(或包括围岩)中的混合气体(主要是甲烷)。

四、煤矿瓦斯治理“先抽后采”的应用实践

（一）保护层开采期间的煤矿瓦斯抽采

保护层工作面开采期间的瓦斯主要来于本煤层、采空区、邻近层的卸压瓦斯，其瓦斯抽采方法主要有环行裂隙圈内顶板走向穿层钻孔法、顶板走向顺层长钻孔、顶板走向高抽巷、采空区埋管、采空区尾抽等。开采保护层时，应当同时抽采被保护层和邻近层的煤层瓦斯。

（二）区域突出危险性预测

突出矿井在开采过程中，必须对所有突出煤层进行区域突出危险性预测。这是因为突出煤层各个区域的突出危险程度是有一定差别的，存在着有突出危险区和无突出危险区两种情况，这样就为煤矿安全管理人员提供更科学地对突出煤层进行差别化管理；在无突出危险区域可以节省区域防突措施的人力、物力、财力，并有利于缓解煤矿采掘接替紧张局面。另外，在进行区域危险性预测时，应优先选择瓦斯压力，只有在没有或者缺少瓦斯压力资料时才采用瓦斯含量指标，其瓦斯压力、瓦斯含量指标的临界值应该经过实际考察确定（或采用井下实测值）。

五、结语

在瓦斯开采安全治理的过程中，应首先在有条件的基础上尽可能的采取优先采用的原则，将区域性的瓦斯治理方法进行多样化分析，并要强调突出危险煤层采用区域性“先抽后取”采样方法的作用。