矿井瓦斯综合抽采技术研究

摘 要：瓦斯在煤矿矿井的生产作业灾害中属于主要灾害，治理难度大，事故致死率高，阻碍了矿井的安全、高效生产。矿井瓦斯综合抽采技术，可以按照抽采作业与采掘作业的相对时间关系、瓦斯来源、抽采工艺3种标准分类。现有矿井瓦斯综合抽采技术的抽采量小、抽采率低的问题，抽采、掘进、开采的衔接十分紧张，不能治理矿井瓦斯。为了解决这些问题，矿井工作人员可以采用本煤层顺层钻孔抽放矿井瓦斯法、高位抽放钻孔抽放矿井瓦斯法、采空区埋管抽放矿井瓦斯法、地面钻孔抽采之地面“群孔”抽采矿井瓦斯法、采用保护层开采思路使煤层相互卸压法等矿井瓦斯综合抽采技术。

关键词：矿井;瓦斯;抽采技术

我国煤矿为社会上的许多产业都提供了能源，然而，矿井中的瓦斯威胁着生产作业的安全。此外，瓦斯也是一种可以发电的气体。因此，本文研究矿井瓦斯综合抽采技术。

1 矿井瓦斯的危害与研究综合抽采技术的必要性

1.1 矿井瓦斯的危害

在煤矿矿井的生产作业中，瓦斯属于一种主要灾害，而且在各种煤矿矿井主要灾害中，治理难度最大;一旦发生事故，致死率也最高。煤层中总有瓦斯。开采高瓦斯煤层群时，工作面上方的覆岩层容易受到开采作业的影响而受损、垮落至采空区，从而在位于开采煤层上部的垮落区形成一个裂隙带，导致邻近煤层的瓦斯、采空区的瓦斯涌向裂隙带，最终形成一个瓦斯聚集区域。同样地，本煤层开采还会影响底板，导致煤层底板也形成裂隙带，其下的多组煤层中的瓦斯也会涌向这个裂隙带，也形成瓦斯聚集区域。最终，工作面的瓦斯就会超出限额，阻碍矿井的安全、高效生产。

1.2 矿井瓦斯综合抽采技术的分类

矿井瓦斯综合抽采技术，可以按照抽采作业与采掘作业的相对时间关系、瓦斯来源、抽采工艺3种标准分类。按照抽采作业与采掘作业的相对时间关系，矿井瓦斯的综合抽采技术可以分为采前抽采、采中抽采以及采后抽采;而按照瓦斯来源，矿井瓦斯的综合抽采技术也可以分为开采层瓦斯抽采、采空区瓦斯抽采、邻近层瓦斯抽采;如按抽采工艺分类，矿井瓦斯的综合抽采技术还可以分为地面钻孔抽采、井下钻孔抽采、巷道抽采、钻孔巷道混合抽采、埋管抽采、插管抽采，等等。再细分的话，开采层瓦斯抽采中，又包括了本煤层区域预抽、掘进工作面抽采和回采工作面抽采;钻孔抽采中，又包括了顺层钻孔、交叉钻孔、穿层钻孔、高位钻孔、长距离定向水平钻孔，等等。

由此可见，矿井瓦斯综合抽采技术可以分为非常多的类别。在实际的矿井瓦斯抽采作业中，应当综合考量煤层的情况、瓦斯的来源、可用的抽采工艺技术，选择最适合实际情况的矿井瓦斯综合抽采技术。

1.3 现有矿井瓦斯综合抽采技术的不足

目前，我国煤矿矿井井下瓦斯抽采作业中，虽然主要观念已经从“先采气，后采煤”经过“采气、采煤一体化”又发展到了“煤层气与煤炭资源协调开发、高效共采”的阶段，整体取得了非常大的进步，大量开展了针对各类矿区条件的研究工作，但是仍然普遍存在着抽采量小、抽采率低的问题，抽采、掘进、开采的衔接十分紧张，治理瓦斯灾害的难度也越发加大，结果就是煤矿企业的安全生产、高效发展日益受到制约。以回采工作面的瓦斯涌出治理为例，原有的治理方法是风排;但现在，风排的治理方法已经不能保证工作面的安全、生产的高效了，特别是在单进单回设计的工作面巷道中，风速、风量受限，结果回流风的瓦斯浓度就常常超出限额。

因此，原有的矿井瓦斯综合抽采技术，抽采效率不够，不能彻底地治理矿井瓦斯，已不能适应矿井生产需求。所以，为了保障煤矿矿井的安全、高效生产，也为了减小矿井井下通风的阻力，有必要研究瓦斯综合抽采技术。

2 对矿井瓦斯的综合抽采技术的研究

2.1 本煤层顺层钻孔抽放矿井瓦斯法

《煤矿瓦斯抽采达标暂行规定》规定了工作面煤层残余瓦斯的指标，所以矿井工作人员应当降低回采时的本煤层的绝对瓦斯涌出量。为此，煤矿矿井的工作人员可以根据矿井工作面的实际情况，使用本煤层顺层钻孔抽放的矿井瓦斯综合抽采技术。比如伯方煤矿的3305工作面的工作人员，在回风顺槽前进方向的右帮，就打了顺层钻孔。具体来说，工作人员在3305工作面的切眼向外15m回风顺槽内，每5m就施工一个本煤层钻孔;在煤层瓦斯含量较高的区域，以及千米钻机定向钻孔未覆盖的区域中，每隔3m就施工一个本煤层钻孔。每5个钻孔作为1组，与抽放管路相连。各钻孔设计深度均为195m。

2.2 高位抽放钻孔抽放矿井瓦斯法

工作面上，上隅角的瓦斯浓度也是有限额的，这个部位的瓦斯可以用高位抽放钻孔的方法来抽放，从而降低采空区、临近层的瓦斯含量。比如说，矿井工作人员可以沿着工作面的回风顺槽，每隔300m就布置一个钻场，也就是说在200m、500m、800m、1100m、1400m处设置5个高位钻场，每个钻场都5m×3.5m和10m×2m的两个部分组成。然后，在煤层的回风顺槽内，沿着顶板向采空区的方向打出3个长距离定向高位钻孔，各钻孔都要打到采空区上方的顶板裂隙带内，从而通过裂隙沟通钻孔与工作面及上部垮落顶板处，形成一个通道。接着，使用瓦斯抽放泵，在这个通道内施加很大的负压，就能抽出大量的、高浓度的卸压瓦斯。

2.3 采空区埋管抽放矿井瓦斯法

为了治理积聚在上隅角的瓦斯，常用采空区埋管抽放瓦斯的方法。具体实施方法可以是，在工作面的回风巷上隅角处，铺设DN426低负压螺旋焊缝钢管抽放管路。如果上隅角的瓦斯浓度一般，那就每隔12m预埋一个抽放立管预埋件;如果上隅角的瓦斯浓度较大，就每隔6m预埋一个抽放立管预埋件。

2.4 地面钻孔抽采之地面“群孔”抽采矿井瓦斯法

地面钻孔瓦斯抽采技术，就是在地面钻孔，抽取煤矿矿井煤层的瓦斯气体，主要工序包括钻孔、完井、固井、强化处理煤层、排水、抽气、分离水气，等等。以新集一矿为例，在13、28两个采区的施工地面，共计钻井12口，区域联网，总共抽采了1316.4万m3的瓦斯气体，其中单井的抽采量高达256.4万m3，从而解决了突出煤层预先抽采时的耗时过长、工程量过大等等问题，直接节约了1144.66万元的成本，获得了宝贵的治理煤矿矿井瓦斯气体灾害的经验。

2.5 采用保护层开采思路，使煤层相互卸压

一个煤层在受到开采后，煤层间的裂隙就会充分发育，从而为距离它最近的煤层卸压、增透。比如，在新集二矿中，9煤层、8煤层两个煤层非常接近，煤层间距仅有17m。于是，煤矿矿井的工作人员首先开采了9煤层，9煤层的层间裂隙就充分地发育了，起到了为8煤层卸压、增透的效果。这个过程中采用了保护层开采的思路，9煤层就是8煤层的保护层。为了让抽采8煤层的卸压瓦斯，让8煤层的卸压瓦斯进入9煤层，在8煤层底板上采用网格式上向穿层钻孔的作业方法。接着，8煤层受到开采后，距离8煤层较远（35m）的6-1煤层也卸压、增透了。这样一来，8煤层又成了6-1煤层的保护层。新集公司的还规定了保护层应先于掘进穿层条带至少6个月超前预先抽采，从而确保保护层起到良好的瓦斯抽采效果;在保护层卸压抽采瓦斯的方面，新集公司改变了以往传统的逐个连接钻孔抽采的方法，而是直接封闭底抽巷，实施巷抽。这种矿井瓦斯综合抽采方法，提高了矿井的瓦斯抽采浓度（以往为5%，现在超过了20%）、抽采量（以往为5m3/min，现在超过了20m3/min），可以说效果非常显著。

3 结语

矿井瓦斯的综合抽采，并沒有固定的技术，施工方案非常灵活多变。因此，作为矿井的瓦斯抽采工作人员，应当根据矿井的实际情况，采取合适的矿井瓦斯综合抽采技术，从而保障煤矿生产作业的安全、高效，进而保障我国的煤炭能源供应源源不断，促使我国各行各业都兴旺发达地发展。

参考文献：

[1]郝晓伟.中兴矿1415综采工作面瓦斯综合抽采技术研究与应用[J].煤炭与化工，2019，42（12）：90-93.

作者简介：

张超（1992- ），男，山西文水县人，2015年毕业于山西大同大学矿井通风与安全专业，主要从事矿井通风与瓦斯治理工作。