左明星，韩 亮

(1.中国煤炭地质总局第一勘探局，河北 邯郸 056000； 2.中国煤炭地质总局一一九勘探队，河北 邯郸 056000)

安全问题一直都是煤炭开采过程中煤矿必须严肃对待的问题。瓦斯作为一种易燃易爆气体，经常会伴随着煤炭开采而出现，对于煤炭开采以及工作人员有着相当大的威胁，瓦斯抽采技术正是保证安全的关键技术之一。

本文以富源县兴路煤矿二号11081工作面为例，探讨瓦斯的具体抽放工作方案，并以此为基础，探讨我国煤矿瓦斯抽采技术的发展及应用情况。

1 进行煤矿瓦斯抽采的意义

在我国煤矿开采过程中，常见瓦斯事故主要是以下几种：瓦斯爆炸、瓦斯窒息、瓦斯燃烧以及煤和瓦斯突出。通常情况下，如果瓦斯含量过高，体积含量在5%～15%之间时，易出现瓦斯燃烧，导致瓦斯燃烧事故发生，同时瓦斯含量高会导致氧气含量过低，当氧气体积含量少于12%，将使人产生呼吸困难，严重会导致死亡。另外，瓦斯是一种能源气体，如果进行露天排放，不仅是浪费，更会造成环境污染，加剧温室效应发生。因此，进行瓦斯抽采不仅能实现矿井高产高效安全生产，保障职工的生命安全，而且能达到合理利用瓦斯，解决能源紧缺问题，保障我国能源安全和社会稳定都有着重要的工程实用价值和理论指导意义，具有较强社会效益和经济效益。

2 煤矿瓦斯抽采技术的发展状况介绍

煤矿瓦斯抽采技术的应用和发展，是煤矿开采能够顺利进行的保障，对于瓦斯抽采技术的研究一直都是相关行业关注重点，有着重要的意义。通常来说，我们把煤矿瓦斯抽采技术的发展分成了四个阶段。

①高透气性的煤矿瓦斯抽采。这一阶段是在50年代初期，采用的方法是，其作用对象为高透气性的较厚煤层，第一次尝试是在抚顺，其作用非常显著，降低了该矿继续向深部开采可能面临的瓦斯风险，同时，抽取的瓦斯通过合理的手段转化成为人们可以使用的能源。

②邻近层的卸压瓦斯抽采[1]。这一阶段主要是运用穿层钻孔抽采技术，50年代中期在阳泉矿区进行第一次应用，这一技术对于进行煤层群开采的煤矿瓦斯涌出问题有着很好的防范效果，60年代普遍使用了此项技术。

③强化抽采低透气性煤层瓦斯。之前技术只是在透气性较好煤层中应用效果才能更好，如透气性差，其效果有着明显下降，针对这一情况，技术人员对瓦斯抽采技术进行了各种强化研究，出现了煤层注水、水力压裂及交叉布孔等强化方式，效果较好[5]，但是还需要进行多项的实验认证，因成本过高等原因，目前暂未推广使用。

④综合抽采。就是对于各种瓦斯抽采技术的综合使用，涉及到的技术有采前预抽及采后抽采，还有卸压邻近层的瓦斯抽采，将这些技术综合在一起，对煤矿瓦斯进行全程控制抽采，大大的提升了瓦斯抽采的效率、效果[2]。随着煤矿开采技术的快速发展，对于瓦斯抽采技术要求越来越高，只有实行瓦斯抽采技术的综合应用，才能应对快速开采下煤矿瓦斯带来的诸多新问题。

3 11081工作面瓦斯抽采

3.1 工作面概况

云南省富源县兴路煤矿位于富源县城190°方向，直距约23 km，地处富源县墨红镇境内。矿区呈不规则多边形，呈南北向展布，位于补木勘区西侧边界附近。与该矿相邻的矿有：北东面为补木煤矿，东面为双福煤矿，南东面的沿河煤矿与本矿毗邻；南面的东兴煤矿。该矿区主要含煤地层为二叠系上统龙潭组、长兴组，共含可采煤层7层，M7、M9、M11、M16、M21、M22、M23均属全区稳定至较稳定煤层。

兴路煤矿目前主要开采M7、M9煤，M7煤层位于龙潭组上部，M9煤层之上，距M9煤层平均间距17～18 m。M7煤层层位稳定、厚度稳定，一般厚度1.5～2.1 m，平均厚度1.8 m,属中厚煤层,是矿区内主要可采煤层，煤层走向近南北、倾向北西，煤层倾角0°～5°。

110801工作面是M7煤层第一采区第四块工作面，北部为保安煤柱，南邻110802采空区，东邻110803采煤工作面，西邻矿界。工作面的整体长度为456 m，倾斜面长度为147.5m，全部回采面积171 916.56 m2，工作面标高1 740～1 742 m；地表主要为山地，无其他建筑设施。

3.2 工作面瓦斯赋存情况及抽采量计算

11081采煤工作面煤层的平均原始瓦斯含量是8.48 m3/t，在回采期间，工作面相对瓦斯涌出量预计将达到15.35 m3/t，绝对瓦斯涌出量预计为4.37 m3/min。抽采量计算如下。

①M7煤层抽采量。按15万t改扩设计预算，矿井在开采M7煤层时，对回采工作面来说，他的相对瓦斯涌出量将达到15.35 m3/t，绝对瓦斯涌出量4.37 m3/min，M9煤层原始瓦斯含量为8.48 m3/t，11081工作面的煤炭储量经计算是17.19万t，参考区域抽采规范，设定水平煤层控制巷道轮廓线外15 m，经过计算，需要进行抽取的范围内煤炭储量达到21.37万t，瓦斯储量为213 687.99×8.48=1 812 074.155 m3。采取的抽采方案是，预抽结合边采边抽进行，瓦斯抽采率假定为50%，回采工作面需抽取瓦斯1 812 074.155×0.5=906 037.08 m3。

②M9抽采量。M9煤层瓦斯的预抽，与M7煤层回采工作面机、风巷掘进工作一起进行。M9煤层原始瓦斯含量13.58 m3/t，在11081工作面范围内M9煤层煤炭储量是32.28万t，根据区域抽采规范规定，设定水平煤层控制巷道轮廓线外15 m，那么需要进行预抽的工作面内的煤炭储量是40.13万t，瓦斯储量是401 292×13.58=5 449 545.36 m3。假设M7煤层下邻近层M9煤层抽采率为30%，那么这些层面的瓦斯预抽量就是5 449 545.36×0.3=1 634 863.608 m3。

③合计抽采量。经过计算，11081工作面掘进区间需要抽取的瓦斯总计2 540 900.688 m3，这是M7、M9煤层预抽量的综合。(备注：包括工作面开采期间上隅角抽采量)

3.3 工作面瓦斯抽采钻孔设计

①采前预抽工作面M7煤层瓦斯。要进行工作面瓦斯预抽，首先在采煤工作面机巷和回风巷内设计一排钻孔进行瓦斯抽取，其钻孔间隔是3 m。钻孔和巷道底板的距离是1.0～1.2 m，钻孔的倾角和煤层倾角一致，钻孔的长度要参考工作面倾斜长度进行计算。使用的设备是ZY-750型液压钻机，其配备的有φ42 mm钻杆和φ75 mm的钻头，钻孔封孔深度在8 m以上，封孔后并入矿井高负压抽放系统，对煤层进行瓦斯的抽采。

②下邻近层M9煤层瓦斯抽采。在进行M7煤层采煤工作面钻场的布置、机巷和回风巷施工的同时，向M9煤层施工穿层钻孔，钻孔布置网格10 m×15 m，穿层孔钻透整个M9煤层，终孔至M9煤层底板0.50 m以上，封孔后并入矿井高负压抽放系统。

③先抽后掘。进行掘进时，需进行超前钻孔，对煤层中瓦斯进行抽采，首先要进行巷道迎头施工钻场超前预抽，要求超前探钻80 m、允掘60 m预抽，设定超前20 m为安全屏障。抽放钻孔应达到控制瓦斯突出煤层巷道范围，大约进入上、下帮15 m，一般在10～15 d抽放后，进行瓦斯抽采效果，合格后进行掘进工作，要注意指标的预测，一旦超标就要进行抽采。

④抽放采空区瓦斯。开采煤层后，受到采动的影响，煤层的底板和顶部变形造成的裂缝间隙，使得附近煤层的瓦斯卸压释放，随采空区域流向工作面，遇到风流被稀释之后排出去，瓦斯量在采空区域流量较大时，隅角瓦斯很容易超限，因此及时对采空区域进行抽采。抽采的方式有很多种，目前常使用的有半封闭和全封闭两种形式的采空区瓦斯抽采方法。

半封闭采空区瓦斯抽采[3]：这种形式的采空区会随着工作面回采工作的进行而增大，或是存在于回采工作面后方区域，称为半封闭采空区。其使用的抽采方式包括：向冒落拱上方打钻孔抽采、埋管抽采、采空区打钻抽采、顶板抽采巷抽采以及地面钻孔抽采。通常使用比较多的是埋管抽采法，这种方式对井巷工程的工作量影响很小(图1)。

全封闭采空区瓦斯抽采[4]：在工作面或矿井已经完成开采，整个采空区处于封闭状态的瓦斯抽采称为全封闭采空区瓦斯抽采，兴路煤矿二号井是扩建的矿井，随着生产采空区的面积不断扩大，采空区瓦斯浓度将增高甚至会出现泄漏，全封闭采空区选用插管抽采就能大大减少瓦斯的外泄(图2)。

图2 采空区插管抽放瓦斯Figure 2 Gas drainage through worked out area inserted pipelines

3.4 施工安全措施

①在钻孔作业中，安全责任人当班班长在每班开始工作前，必须做到安全确认，发现异常必须立即回报并处理。

②所有工人必须严格按照《井下钻探操作规程》进行操作施工。

③保证线路设备保护装置齐全、线路通行无障碍，设备放置必须合理、平稳，管理维护好各种机电设备，定期检修、维护。

④完善接地系统，禁止使用铝接头连接地线，不得串联接地。

⑤工作期间，瓦斯或二氧化碳浓度如超过0.8%和1.5%的限定浓度，须立即停止作业，电动机及其开关附近20 m范围内风流中，瓦斯浓度超过0.8%须停止作业，并断电和撤走工作人员。

⑥现场周围必须设置通讯设备。

4 结论

目前煤矿瓦斯抽采技术已经形成了较为成熟的应用体系，在瓦斯抽采过程中，工作面瓦斯量分析、瓦斯抽采钻孔设计、施工安全措施制定等环节须制定专门规章制度，有效保障瓦斯抽采工作的顺利进行。并在实际工作中不断细化，针对不同矿井制定不同瓦斯抽采细则，提升具体矿井的瓦斯抽放效率和安全系数。