抽采利用技术在矿山瓦斯防治中的有效应用探微

摘 要：鉴于矿山瓦斯事故的严重危害性，矿山安全开采的形势更加严峻，迫切要求合理应用抽采利用技术，在有效预防矿山瓦斯事故的同时，实现矿山瓦斯资源的开发利用。本文首先就矿山瓦斯抽采利用技术予以概述，指出了瓦斯抽采所面临主要问题，并根据实际矿山瓦斯防治要求，介绍了三区联动抽采模式，以期提高矿山瓦斯防治效果。

关键词：抽采利用技术;矿山;瓦斯防治;应用

在矿山开采中，瓦斯依然是困扰采矿安全的重要因素，对采矿业可持续发展带来较大阻碍。在矿层中，瓦斯爆炸、窒息、突出等灾害性事故的发生，会对采矿人员及矿山资产造成极大损失。瓦斯事故中危害性最大的当属瓦斯爆炸，也是矿山瓦斯防治的重点内容。而矿山瓦斯抽采利用技术的开发与应用，其目的就在于预防矿山瓦斯灾害，也是矿山资源绿色、高效、安全开采的重要手段。下面就矿山瓦斯抽采利用技术的概念、问题及实际应用展开详述。

1 矿山瓦斯抽采利用技术概述

1.1 矿山瓦斯抽采技术

在矿山瓦斯防治中，瓦斯抽采技术有重要应用，通过放置管道或者井下钻孔空的方式，将矿层赋存区中的瓦斯抽采至地上专用设施，并加以开发利用。矿山瓦斯抽采技术的应用，不仅起到较高瓦斯事故预防效果，而且还可将所抽采的瓦斯用于生产生活，有效补充天然气能源缺口，带来较高经济效益。随着瓦斯抽采技术发展，多种抽采技术相继出现，对于低渗透瓦斯的抽采也取得较大进步，注水压裂、大直径钻孔等方法有较好的应用效果，但整体瓦斯抽采水平，较国际先进采煤国家仍有差距，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 瓦斯实时监测控制技术

为有效控制矿井瓦斯浓度，需要合理布设瓦斯监测装置，通常集中在矿井巷道、瓦斯涌出点等部位，建立矿山瓦斯实时监测网络，若监测到井下瓦斯浓度超标，应发出警示信号，还要结合井下状况，做好断开井下电源的准备，有效避免矿井瓦斯事故的发生。在科技发展推动下，矿山瓦斯监测技术获得较大发展，特别是井下互联技术的应用，使得矿山瓦斯监测控制水平有很大提高，但因矿山地质条件的差异性以及矿山管理上的不足，使得矿山瓦斯监测防治仍存有许多缺陷。

1.3 瓦斯利用技术

通常以瓦斯中甲烷含量为标准，将矿山瓦斯却分为：甲烷含量大于30%的为中高浓度瓦斯;甲烷含量在1%～30%范围的为低浓度瓦斯;甲烷含量小于1%的为超低浓度瓦斯。分别具有不同的利用途径。其中，中高浓度瓦斯因其甲烷含量较高，具有很高实用性，通常可直接用于生产生活，如民用燃气或者工业燃料等;低浓度瓦斯可用于瓦斯发电，或者利用瓦斯浓缩技术，去除多余的成分，提升甲烷浓度，有利于扩展应用范围;超低浓度瓦斯，在矿山瓦斯资源中占比最高，因其可可燃性低且浓缩成本高，通常直接通风排空。国际上较为先进的超低浓度瓦斯利用技术主要为瓦斯氧化技术。

2 瓦斯抽采所面临主要问题

2.1 抽采方法及参数优化设计

现如今，综合抽放瓦斯的方式在矿山瓦斯防治中有较多的应用，通过综合使用多种抽采方法，实现同一采区内瓦斯抽放效率的最大化，主要包括采前预抽以及采空区、邻近层瓦斯采后抽等。在矿山瓦斯抽采作业中，封孔技术发挥重要作用，其中黄泥或水泥团封孔技术，成本低但耗时长，且封孔长度短、遇水易软化;注浆封孔技术，具有较长封孔长度，但操作难度大，水泥材料易出现裂缝;聚氨酯材料封孔，具有较强附着力及强度，但成本高，不可回收。若封孔存在质量问题，极易导致抽采钻孔出现瓦斯泄漏问题，进而影响抽采效率。通常要根据矿山矿层地质构造及生产条件，合理选择钻孔封孔技术，有效保障封孔的实际效果。综合抽采瓦斯实施阶段应留意如下内容：一是要从矿山地质条件出发，合理选取抽采方法，并进行优化组合设计，确保较高的瓦斯抽采效率;二是对钻孔进行科学规划和设计，对钻孔参数予以优化，在不同抽采阶段，合理规划钻孔分布，确保抽采质量;三是要合理选择抽采钻孔封孔技术，并加大新型封孔技术研究，切实提高封孔效果。

2.2 低渗透矿层瓦斯的强化预抽

我国矿山瓦斯存量较大，且其赋存条件表现出较大的地域差异性，低压低渗透矿层瓦斯普遍存在，虽然瓦斯抽采利用技术水平有较大发展，但仍难以满足产业化、规模化发展的需要。而强化预抽的方式在低渗透矿层，特别是单一矿层中有较多应用。在我国，对于瓦斯强化预抽的尝试起于上世纪六十年代，在矿山瓦斯预抽中使用较多的有：注水压裂、水力割缝、爆破、钻孔等，主要为改善矿层瓦斯的渗透效率，提高矿山瓦斯抽采效率。然而，上述强化预抽技术尽管有一定效果，但局限性依然存在，难以在矿山中得到普遍推广。现如今，低渗透矿层依然是矿山瓦斯抽采的难点所在，需对强化预抽技术做出创新和改进，提升矿山瓦斯抽采利用的效率。

3 矿山瓦斯三区联动抽采

为更好了解矿山瓦斯抽采利用技术，现就矿山瓦斯防治中三区联动抽采模式予以介绍。通过统筹规划矿山开采及瓦斯抽采，在保障矿山开采的基础上，提高瓦斯抽采效率。其主要采取地面及井下联动抽采的方式，要根据单井抽采效果以及矿井瓦斯含量的均匀下降要求，对地面抽采钻井进行合理布局。

3.1 地面預抽

在矿山开采中，首先要将高瓦斯矿层转化为低瓦斯矿层，主要采取地面预抽的方式，有效保障矿山开采安全，预防瓦斯事故发生。通常要在矿山开采之前，实施瓦斯地面预抽作业，这样可有效减少矿井瓦斯含量，较好的规避矿山开采瓦斯隐患。地面预抽的方式，其优势在于不影响矿井开采，而且瓦斯抽采不再受时空限制，在矿山生产前有充足的的时间进行布置，能够实现大规模抽采作业，有更高的瓦斯控制效果。同时，在完成地面预抽后，其抽采钻孔还可用于地质勘探，降低钻孔成本。

3.2 井上井下联动抽采

在矿山开采过程中，地面规划区产生了区域功能上的转变，要结合矿山开采规划，对开拓区内的井下巷道制定掘进计划，并根据生产需要，合理转变矿山瓦斯抽采的方式，充分借助地面抽采所产生的矿层裂缝，以及矿井作业所产生的钻孔，实现地面与井下抽采联合作业的形式，这更有利于煤层瓦斯的控制。该方法的实施，要首先对矿山开采区进行地面预抽，待其转变为开拓区后，可充分利用抽采钻孔的井下裂缝及施工钻孔空，构建起立体化的瓦斯抽采网络，这样可显著减少抽采达标耗时，提高矿山瓦斯防治效率。

3.3 井下递进抽采

当矿井中具有多条巷道时，可采取井下递进抽采的方式，通过合理布置回采工作面，要在矿井工作面开采进行时，预先开展下一工作面的瓦斯抽采作业，要预留足够的抽采时长，确保回采工作面的瓦斯浓度低于限值，这样就形成了逐一推进的抽采形式，实现了矿井各工作面的抽采和掘进的交替进行。该方法通过合理规划抽采顺序，有效规避回采工作面的时空限制，即满足矿井工作面回采的要求，也提高了回采面瓦斯防治效果，特别是在中高渗透矿层开采中，有较好的应用效果。

4 结束语

综上所述，随着矿山开发规模的增长，瓦斯防治的难度显著提升，对瓦斯抽采利用技术提出更高要求。在矿山开采中，需加强瓦斯监测控制，并合理利用抽采利用技术，有效控制矿山瓦斯含量，更好的保障矿山安全生产。然而在矿山瓦斯防治工作中，仍面临低渗透矿层和抽采方法及参数优化设计等难题，要求矿山企业加大瓦斯防治投入，创新瓦斯抽采技术及工艺，创造更多的安全效益。

参考文献：

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[3]刘桂凤，皮希宇，王栓林，廉振山，张志荣.瓦斯抽采与利用技术的现状分析[J].煤炭与化工，2015，38（03）：5-8.

作者简介：

王海林（1986- ），男，籍贯：山西省吕梁市，本科学历，毕业于太原理工大学，采矿助理工程师。