刘健

摘 要：通过对矿井瓦斯涌出的分析来选择科学而合理的抽采工艺，并在日常工作中完善抽采的系统，加强煤矿工程中瓦斯的抽采管理，可以极大地提高矿井瓦斯抽采的效率，并保证瓦斯最终的抽采效果，也能在最大限度上为矿井安全生产提供保障。

关键词：小煤矿 瓦斯抽采 问题

中图分类号：TD712 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）05（a）-0070-01

最近几年以来煤炭的开采强度以及开采的难度逐步增加，煤炭资源分布的存量日益减少，煤矿的开采条件也已经日趋复杂，这些客观存在的事实直接导致了我国煤炭行业成为工商业生产之中安全事故最为严重的行业之一。相关资料研究显示自20世纪90年代末至21世纪初，瓦斯爆炸安全事故仍然是煤矿安全事故中最为主要的安全生产事故类型，发生于2009年的山西焦煤集团屯兰煤矿爆炸事故以及黑龙江龙煤集团的鹤岗公司新兴煤矿爆炸事故均为瓦斯抽采爆炸事故。

为了从根本解决当今所存在的煤矿安全生产瓦斯爆炸事故，进而有效地根除煤矿瓦斯所造成的灾难，我国国家煤矿安全监察局于新千年时期就提出了对煤矿中的瓦斯实行“先抽后采”的监控方式以及“以风定产”的瓦斯整治方式，国务院在2005年又发布国务院令446号，其内容就是关于预防煤矿生产安全事故的特别规定，内容规定在高瓦斯矿井以及煤矿和瓦斯突出矿井的煤矿开采中必须建立起瓦斯抽采系统并且保证其正常的运行，同时还制订了煤炭开采相关的鼓励策略等将煤矿瓦斯作为清洁的能源进行发掘。伴随着国家对于煤矿瓦斯抽采工作的加强，我国的瓦斯抽采量也呈现逐年提高的趋势，而煤矿瓦斯的事故爆发率也呈现逐年下降的趋势。中小煤矿的开采是瓦斯爆炸多发的行业，瓦斯的抽采系统在建设目的上主要就是消除煤层本身比较突出的危险性，以此来降低煤层中瓦斯含量，进而降低瓦斯的涌出量。同时瓦斯的抽采效果也在很大程度上影响矿井的安全生产。在2005年以后煤矿和瓦斯突出矿井及高瓦斯煤矿绝大部分都安装上了矿井的瓦斯抽采操作系统，并且在安全生产之中发挥极为重要的作用；但是受到还存在的技术手段以及技术瓶颈的限制，有部分小矿井的瓦斯抽采工艺简单抽采系统还极不健全，抽采系统本身的性能也还并没有实现其有效的利用。

1 瓦斯抽采工艺

1.1 瓦斯抽采概述

现今，矿井的瓦斯灾难已经在很大程度上成了严重威胁煤矿安全生产的因素之一，但是瓦斯本身又是一种洁净能源，在化工工程中也是很优质的化工原料，瓦斯的抽采不仅仅可以极大限度地降低矿井中瓦斯的涌出量，也能够在很大程度上防止瓦斯爆炸以及其突出的灾难，并且抽出的瓦斯还能够作为一种洁净能源而加以利用，最终能够减少其环境污染。所以煤矿工程中的瓦斯抽采对煤矿的安全生产以及能源的利用有极为重要的意义。依据于矿井总瓦斯抽采以及其采掘时间的关系进行分类，煤矿中瓦斯的抽采方法根据抽采阶段也可以分为预抽，采中抽采以及煤矿采后抽采这三中类型，其中，预抽以及煤矿采中抽采最为重要，而且其应用也最广。在煤矿井下，预抽以及煤矿采中抽采的钻孔依据其在煤矿工程中所处于的位置不同，还包括邻层钻孔、穿层孔以及顺煤层的钻孔。

1.2 瓦斯抽采工艺

中小煤矿矿井的瓦斯抽采方案按照瓦斯来源可以分为本层抽采、邻近层抽采以及采空区抽采等；按照汇集抽采瓦斯的方法又可以分为钻孔法以及钻孔巷道混合法；按照瓦斯的抽采原理又可以分为未卸压采、卸压采以及各种强化抽采，所谓强化抽采就是人为地提高煤层本身的透气性能或者增加其涌流暴露的面积等；按照煤矿的施工位置分为两种类型，包括地面抽采以及矿井抽采等。选择煤矿中瓦斯的抽采方法主要是依据于煤层本身存在的地质条件、瓦斯含量以及瓦斯来源等等结构因素。现今，在矿区的井下施工钻孔技术中是主要包括澳大利亚、波兰以及俄罗斯等世界初产大煤国的主要抽采瓦斯方式。俄罗斯本身地大物博，其本身就是全世界瓦斯资源分布最广同时储量最大的国家，俄国主要的瓦斯抽采方式就是井下抽采；而加拿大本土上的瓦斯资源储存量为全世界第二位，地面钻孔的抽采瓦斯方式还只是处于勘探阶段；在英国以及德国的煤矿瓦斯抽采最主要的方式是井下抽取。美国作为现今科技最为发达的国家，其本身就是全世界率先形成瓦斯商业化开发发展的国家，自20世纪90年代以来，美国已经成功开发出了地面钻孔抽采瓦斯的技术并且成功运用到商业化生产，在20世纪90年代中期，其地面的瓦斯抽采总量已经占据其总抽采量的80%以上，在21世纪初期，美国总的瓦斯开采量己经超过了年产量500 m3。因为地上开采技术还是一个技术难度比较高的工作，所以现今的主流瓦斯开采技术主要还是井下开采技术，也是目前世界产煤国的瓦斯抽采技术的一项主要研究课题。

在我国采用的最为广泛的煤矿瓦斯抽采手段中，邻近层长钻孔以及顺煤层钻孔这两种方式最为主要。邻近层长钻孔布置主要是在开采的卸压带，主要方式是边采边抽；顺煤层的钻孔一般是布置在开采的煤层，在煤矿采前进行预抽。这两种类型的钻孔有效抽采就是存在于卸压带的孔段，一般如果采用常规钻井方案，其抽采孔段的有效长度比较短，对瓦斯的钻孔抽采效果比较差，而采用水平定向的钻进技术能够极大幅度地增加钻孔的有效长度，并且极好地提高钻孔的瓦斯抽采效率以及其抽采量。进行煤层穿层钻孔一般是沿着开采方向在开采面的同一水平上进行布孔，其开孔的倾斜角度为30 °左右，人后通过进入到卸压带的钻孔段进行瓦斯的抽采。一般而言，常规的穿层孔有效进入到卸压带的长度比较短，无法达到比较理想的抽采效果。而如果采用钻孔进入到卸压带以后在进行弯曲钻进则极好地延长了钻孔的有效抽采长度，可以最大限度地减少抽采的工作量从而节约成本，极为显著地提高瓦斯开采钻孔的瓦斯抽采速度。通过对近几年来的矿井瓦斯抽采技术的总结，可以看出，仅仅从抽采的效果来看，采用倾斜顶板岩巷对邻近层瓦斯进行抽采能够做到有效抽采距离最远，其抽采的效果最佳。通过综合分析来看，大直径钻孔所带来的经济指标远远高于倾斜顶板岩巷的方式。并且如果其选择的钻孔间距得当，或者其所通过采取的有效措施使得钻孔在卸压带的有效抽采段得到最大程度的延长，其抽采技术指标能够达到顶板岩巷水平。endprint

2 瓦斯抽采管理

我国国内自20世纪50年代开始在东北抚顺矿区进行煤层瓦斯抽采，到20世纪70年代，煤矿研究科室总院下辖的抚顺研究院在山西省阳泉矿务局的一矿研究中采用大直径钻孔预抽瓦斯法，技术突破从开采瓦斯钻孔直径从7 cm增加到30 cm时，本层煤层的瓦斯抽采量扩大了3.5倍。在我国第8个5年计划期间，抚顺研究院以及焦作矿务局又初步地试验研究交叉布孔抽采本煤层瓦斯技术，建立于大量的开采试验研究中的数据表明，交叉布孔在最终抽采效率上比平行布孔提高超过30%，在瓦斯的抽采量可也有显著的提高。在研究中，我国煤炭开采科研人员又相继地成功且推广了邻近层抽采瓦斯以及采空区抽采瓦斯等技术工艺。同时也积极大范围地开展地面钻孔抽采瓦斯的研究。在开采技术手段上，其研究极为重要，同时对于加强瓦斯抽采系统的日常管理也是重中之重，合理科学的管理也是提高抽采系统运行效率的保证，是瓦斯开采的重要环节，中小型的煤矿因为其技术支持薄弱，瓦斯抽采技术以及其管理等经验还极为欠缺，从而更加容易导致其抽采监测系统运行出现异常，比如管路阻力过大而管路漏气等问题，管理模式是否科学合理还在很大程度上影响到瓦斯抽采最终的效果系统运行，管理模式对于各个抽采点抽采瓦斯的浓度负压抽采量等各方面的技术参数无法做到准确监测，这对于抽采效果考察抽采工艺优化及抽采系统的安全运行影响也很大，特别是矿井抽采系统抽采的能力偏小的时候，这就需要对各个抽采点进行合理地分配，这样才能够满足矿井瓦斯治理的需求。

3 小煤矿瓦斯抽采方法的应用

3.1 实例矿区概况

以兴黔煤矿矿区为例，其煤矿总量为1090万t，其本身的煤炭资源条件、煤炭的开采技术以及其地质条件均比较优良，在很大程度上都能够符合生产要求，生产能力达到30 t/a。该矿在设计施工中发现并且经过当地的煤炭管理部门核实。在采区的东翼1300 m标高的14以及16号煤矿区均为采空区，在一采区之上的西翼14号煤在1350 m以上为采空区，在对原煤窑进行改造时主要还是在其原设计采集工作面。在煤矿区的内部其主要地形属于低中山地，沟谷纵横；其采集面的地势呈现出南部较高而北部较低，海拔标高为1300 m+1400 m，而最高海拔点是矿区南部山脊，海拔为1460 m，而最低点则是在矿区东部的河谷地区，海拔标高为1303 m，高度差为163 m。在矿山内，从没有发生过崩塌、地面塌陷以及地裂等各种地质上的灾害，工业广场及其周边也未发现潜在的地质灾害，而且在矿山以及周围的工业广场遭受到地质灾害危害的潜在可能性也很小。

3.2 抽采工艺

3.2.1 斜交钻孔的方式对兴黔煤矿矿区高瓦斯抽采

对于采用何种抽采方式进行开采，兴黔煤矿的研究人员研究比较了多种方式，最终采用斜交钻孔的方式进行抽采，因为钻孔法本身用于预抽本煤层瓦斯有许多优点，比如其成本较为低廉、施工技术也比较简便、同时抽放瓦斯的地理位置比较高等。所以该方法存在于我国绝大部分煤矿开采技术中，一般情况来说，高浓度瓦斯含量且低透气性的煤层如果采用斜交钻孔进行瓦斯的预抽的效果差，而采用一些技术手段进行煤体预抽在很多时候也仅仅只能在短期以内有用，而无法在预计时间以内达到在瓦斯抽采初期的效果。对于在抽采过程中的压差参数控制也极为重要，煤矿的瓦斯抽采系统抽采泵站的工作压力大多数情况下仅为30 kPa，而抽采的混合量为30 m3/min，有文献报道，因为负压管路积水所造成的最大阻力损失约为5千帕，而正压管路的积水所造成最大阻力的损失约为7 kPa。而管路积水所造成抽采系统的能力损失超过25%。在安装了正负放水器并且加强抽采过程中的放水管理以后，管路阻力的损失就明显地下降了，抽采泵站的工作压力也由30千帕提高到了38 kPa，而瓦斯抽采量也因为3.6 m3/min增加到了5.5 m3/min以上，这样就使得抽采系统运行的效率抽采效果就明显地提高了。

3.2.2 在兴黔煤矿运用仰角钻孔抽采上隅角瓦斯

最近几年来，顺层钻孔布置以及钻场扇形这两种布置方式一般是选择钻孔法预抽瓦斯的最为主要的方式。在使用钻场扇形的的布置方式来进行开采的时候，为良好地解析出回采过程中瓦斯的涌出，还可以采取预先挖掘进出的矿区煤层巷道，在钻场的内部沿着煤层进行扇形钻孔，先抽放瓦斯，然后再回采进行瓦斯抽采。也可以在采掘的工作面的回采时间内采用边采边抽的技术，边采边抽主要目的就是为降低采煤的生产过程之中接替工作过于紧张而出现的问题。一般采取钻场扇形钻孔进行工作面的瓦斯的抽采，钻场间距为50 m，能够做到在挖掘进工作面时向前掘进，然后在其后面能够同时在钻场之内进行抽采钻孔，这样就可以做到瓦斯抽采和采煤的平行作业。对每一个存在的钻场都采用扇形方式打孔，而每个钻场至少需要布满8个孔，钻孔深度主要有70 m的两个，140 m的一个，150 m的两个。在钻孔完成之后，就可以将打好的这五个孔同时连接到瓦斯抽采管路之上抽采，在开始时的瓦斯浓度超过45%，而在开采5 h以后，瓦斯的浓度就开始发生递减，在开采5 h以后其浓度仅为0.6%。而在开采18 h以后，其浓度降低到0.3%。

4 瓦斯抽采系统完善

因为中小型煤矿工程中，其所处矿区的地质条件较为复杂，其煤层的结构变化极大，瓦斯储存结构也不均匀，其开采的工艺也很不规范等，这就造成矿井中瓦斯所涌出的来源以及其瓦斯涌出量的变化较大，矿井规划并且实施的抽采方法以及其抽采工艺也极有可能无法做到符合实际生产需要而造成瓦斯的抽采效果欠佳，这就无法解决实际生产过程中的瓦斯涌出超限等技术性问题。这个时候就应该加强矿井的瓦斯检测做到极好地分辨出瓦斯的涌出源，并且考察瓦斯所涌出的量的规律，通过大量统计研究表明对抽采的方法以及抽采工艺调整并且对抽采的效果考察极大地改进开采技术，最终不断地完善瓦斯抽采。因为地质条件等各种类型因素的影响，其中小型矿井采掘规划以及工程的开采工艺等各方面都不规范，这就造成了在实际生产过程中瓦斯涌出源以及其涌出量的预测参数均有着极大的变化；同时在另外一方面，受到资金建设等各种类型因素的影响，应该及时地对管理系统进行改造并完善。

5 结语

现今，我国所采取的矿井瓦斯的抽采技术还主要停留在井下的瓦斯抽采技术，已经较为成熟的井下抽采包括本煤层钻孔抽采、采空区钻孔抽采以及开掘专用瓦斯抽采巷道抽采等各种技术方法。伴随我国现今经济技术迅速的发展对于煤炭需求的日益大幅度增长，我国在煤炭开发方向将向地底深部发展，这就使得煤炭安全生产面临更加严峻的挑战。而综合性的瓦斯抽采是在未来煤矿开采技术发展的重点方向。而其中的瓦斯开采技术则是其发展的瓶颈之一。所以在综合性的瓦斯抽采技术中，需要研究一个采区同时多种抽采方案，最终实现采前以及开采期间的高效抽采。

参考文献

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[2] 王增全.高瓦斯工作面立体瓦斯抽采技术[J].煤炭科学技术，2013（10）.

[3] 袁亮.低透气煤层群首采关键层卸压开采采空侧瓦斯分布特征与抽采技术[J].煤炭学报，2008（12）.endprint