徐洪涛

瓦斯抽放技术以前已做了大量的研究工作，对其预测［1］、抽放系统［2，3］等进行了相关研究，本文在以前研究的基础上，针对石泉煤矿的具体特征进行分析。

石泉煤矿位于山西省长治市襄垣县以西20 km处的夏店镇石泉村，井田南北长6 km，东西宽1．5～2．4 km，面积12．225 km2。3#煤层经济和边际储量为104．430 Mt，设计储量 82．780 Mt，设计可采储量66．552 Mt。矿井设计生产能力为 1．2 Mt/a，矿井开采年限为39．6年。

井田分南北两翼布置，全井田共划分3个采区。北翼共划分为301和303两个采区，采用上(下)山布置采区，从井底至303采区上(下)山用一组北翼大巷相连，共3条，即1条北翼胶带巷、1条北翼轨道巷和1条北翼回风巷，其中北翼胶带巷在断层带和机头段布置在岩石中，进入煤层段与其他2条巷一样，沿3#煤层顶板布置，301、303采区上(下)山均为3条，即1条胶带，1条轨道和1条回风上(下)山。其中胶带上(下)山沿3#煤层底板布置，其余2条沿3#煤层顶板布置，形成矿井北翼生产系统。见图1。

图1 矿井采掘布置平面示意图

1 瓦斯储量

通过计算，向开采空间排放瓦斯的煤岩层所赋存的瓦斯总量见表1。为使计算的可抽量能符合实际，瓦斯涌出系数应考虑由于层间距、岩性不同而导致邻近层卸压程度的差别等因素，抽采率可参照我国的实际情况与经验确定为30%。

表1 石泉煤矿瓦斯储量及可抽量汇总表

石泉煤矿瓦斯总储量172 139万m3，可抽瓦斯量51 642万m3。计算结果表明，石泉煤矿瓦斯资源较丰富，能为瓦斯利用提供较充足的气源。

2 瓦斯抽采的必要性及可行性

2．1 瓦斯抽采的必要性

煤层瓦斯即甲烷，是煤层形成过程中的一种伴生产物，煤层开采或掘进过程中涌出的瓦斯不仅对矿井安全生产产生威胁，而且破坏地球大气的臭氧层，污染大气环境。根据气候变迁跨国委员会研究报告，瓦斯温室效应是CO2的21倍，瓦斯是一种仅次于氟利昂占第二位的主要温室气体。同时，瓦斯又是一种优质的能源，将抽出的瓦斯加以利用，可以变害为宝，不仅改善能源结构，而且减少了对环境的污染，目前，国家大力提倡节能减排，节约能源，因此，建立瓦斯抽采系统，进行瓦斯利用，响应国家政策，可以取得显著的经济效益和社会效益。因此，从资源和环保的角度有必要进行瓦斯抽采。

石泉煤矿开采二采区时矿井绝对瓦斯涌出量为57．65 m3/min，为高瓦斯矿井，符合《煤矿瓦斯抽采工程设计规范》(GB 50471－2008)3．1所规定的建立瓦斯抽采系统的指标。为确保矿井安全高效生产，应建立瓦斯抽采系统。

2．2 开采层预抽的可行性

石泉煤矿二采区开采层瓦斯涌出量为28．18 m3/min，占工作面总涌出量98%左右，是工作面的主要瓦斯来源，应加强开采层预抽。其煤层瓦斯抽采难易程度分类见表2。

表2 煤层瓦斯抽采难易程度分类表

3#煤层的参数分别为：百米钻孔瓦斯流量衰减系数为 0．019 d－1左右，煤层透气性系数为 1．10 m2/MPa2·d左右，同表2相比，可知3#煤层为可以抽采煤层。

2．3 邻近层抽采瓦斯的可行性

根据矿井瓦斯涌出量预测结果显示，邻近层瓦涌出量较小，均为下邻近层。由于下邻近层瓦斯抽采投入大，抽采效果相对较差，一般不考虑直接抽采下邻近层瓦斯，工作面回采时下邻近层瓦斯将涌入现采空区，此时可通过加强现采空区抽采治理邻近层涌入的瓦斯。因此，可以不考虑邻近层瓦斯抽采。

2．4 采空区抽采瓦斯的可行性

石泉煤矿采用全部垮落法管理顶板，开采丢煤及围岩瓦斯涌出较大，回采工作面不进行邻近层瓦斯抽采，邻近层瓦斯将涌入现采空区，与开采层丢煤及围岩瓦斯构成现采空区瓦斯，现采空区的大量瓦斯在风压的作用下涌向回采工作面，将造成回采工作面上隅角和回风巷道的瓦斯超限;生产采区内采空区及已采采空区(上述采空区统称老采空区)也有大量瓦斯涌出。石泉煤矿有必要对现采空区及老采空区进行抽采，其他矿井抽采实践证明，只要抽采工艺合理，现采空区及老采空区瓦斯抽采都可以取得良好的效果，同时现采空区及老采空区抽采投入成本较低，在经济上也是合理的。因此，抽采现采空区及老采空区瓦斯是可行的。

3 开采层工作面抽采系统

通过在工作面运输顺槽、尾巷布置密集顺层斜交工作面钻孔，在工作面回采前可以作为预抽钻孔对本煤层瓦斯进行预抽。同时，预抽钻孔还可随着回采工作面推进前方煤体产生的卸压作用，作为边采边抽钻孔对煤层进行卸压瓦斯抽采，从而提高瓦斯抽采量，减少开采层的瓦斯涌出。抽采钻孔布置，见图2。

4 抽采成本及其效益分析

经预算其总工程投资约2 675万元，其中，瓦斯抽采部分投资约2 525万元。包括：设备费979万元，材料费1 160万元，安装费为386万元。瓦斯抽采泵房土建部分投资150万元。

石泉煤矿采用瓦斯抽采措施后，可有效地减少工作面瓦斯涌出量，减轻通风负担，提高矿井安全生产程度和原煤产量。矿井瓦斯抽采系统建成后，可降低工作面的供风量，按矿井抽出瓦斯43．98 m3/min计3 047万元。同时对抽出瓦斯进行利用后，可以减少瓦斯对大气的污染，保护环境，不仅有经济效益还有算，年可抽出纯瓦斯23．12 Mm3。再者，矿井进行瓦斯抽采后，可保证工作面的正常回采，如不进行瓦斯抽采，工作面将无法达产。

矿井抽出的瓦斯可作为煤的伴生能源加以利用，若将抽出的瓦斯全部用于瓦斯发电，每年可直接获利巨大的社会效益。

5 结语

本文针对石泉煤矿的具体条件，分析了本矿煤层瓦斯的赋存特征，对其抽采的可行性进行了分析，同时针对工作面的布置方法，设计了其抽采系统，不仅为本矿瓦斯抽放提供依据，同时为其他类似矿井提供参考。

［1］ 张思学．高瓦斯煤层瓦斯综合抽采技术［J］．煤炭技术，2010，29(02)：109－111．

［2］ 王忠奎．工作面瓦斯涌出量预测及瓦斯来源分析［J］．矿业安全与环保，2008，35(03)：54－56．

［3］ 张建国，林柏泉，叶 青．工作面卸压区浅孔瓦斯抽放技术研究［J］．采矿与安全工程学报，2006，23(4)：432－436．