劉健

摘 要：通過(guò)對(duì)礦井瓦斯涌出的分析來(lái)選擇科學(xué)而合理的抽采工藝，并在日常工作中完善抽采的系統(tǒng)，加強(qiáng)煤礦工程中瓦斯的抽采管理，可以極大地提高礦井瓦斯抽采的效率，并保證瓦斯最終的抽采效果，也能在最大限度上為礦井安全生產(chǎn)提供保障。

關(guān)鍵詞：小煤礦 瓦斯抽采 問(wèn)題

中圖分類號(hào)：TD712 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2014）05（a）-0070-01

最近幾年以來(lái)煤炭的開(kāi)采強(qiáng)度以及開(kāi)采的難度逐步增加，煤炭資源分布的存量日益減少，煤礦的開(kāi)采條件也已經(jīng)日趨復(fù)雜，這些客觀存在的事實(shí)直接導(dǎo)致了我國(guó)煤炭行業(yè)成為工商業(yè)生產(chǎn)之中安全事故最為嚴(yán)重的行業(yè)之一。相關(guān)資料研究顯示自20世紀(jì)90年代末至21世紀(jì)初，瓦斯爆炸安全事故仍然是煤礦安全事故中最為主要的安全生產(chǎn)事故類型，發(fā)生于2009年的山西焦煤集團(tuán)屯蘭煤礦爆炸事故以及黑龍江龍煤集團(tuán)的鶴崗公司新興煤礦爆炸事故均為瓦斯抽采爆炸事故。

為了從根本解決當(dāng)今所存在的煤礦安全生產(chǎn)瓦斯爆炸事故，進(jìn)而有效地根除煤礦瓦斯所造成的災(zāi)難，我國(guó)國(guó)家煤礦安全監(jiān)察局于新千年時(shí)期就提出了對(duì)煤礦中的瓦斯實(shí)行“先抽后采”的監(jiān)控方式以及“以風(fēng)定產(chǎn)”的瓦斯整治方式，國(guó)務(wù)院在2005年又發(fā)布國(guó)務(wù)院令446號(hào)，其內(nèi)容就是關(guān)于預(yù)防煤礦生產(chǎn)安全事故的特別規(guī)定，內(nèi)容規(guī)定在高瓦斯礦井以及煤礦和瓦斯突出礦井的煤礦開(kāi)采中必須建立起瓦斯抽采系統(tǒng)并且保證其正常的運(yùn)行，同時(shí)還制訂了煤炭開(kāi)采相關(guān)的鼓勵(lì)策略等將煤礦瓦斯作為清潔的能源進(jìn)行發(fā)掘。伴隨著國(guó)家對(duì)于煤礦瓦斯抽采工作的加強(qiáng)，我國(guó)的瓦斯抽采量也呈現(xiàn)逐年提高的趨勢(shì)，而煤礦瓦斯的事故爆發(fā)率也呈現(xiàn)逐年下降的趨勢(shì)。中小煤礦的開(kāi)采是瓦斯爆炸多發(fā)的行業(yè)，瓦斯的抽采系統(tǒng)在建設(shè)目的上主要就是消除煤層本身比較突出的危險(xiǎn)性，以此來(lái)降低煤層中瓦斯含量，進(jìn)而降低瓦斯的涌出量。同時(shí)瓦斯的抽采效果也在很大程度上影響礦井的安全生產(chǎn)。在2005年以后煤礦和瓦斯突出礦井及高瓦斯煤礦絕大部分都安裝上了礦井的瓦斯抽采操作系統(tǒng)，并且在安全生產(chǎn)之中發(fā)揮極為重要的作用；但是受到還存在的技術(shù)手段以及技術(shù)瓶頸的限制，有部分小礦井的瓦斯抽采工藝簡(jiǎn)單抽采系統(tǒng)還極不健全，抽采系統(tǒng)本身的性能也還并沒(méi)有實(shí)現(xiàn)其有效的利用。

1 瓦斯抽采工藝

1.1 瓦斯抽采概述

現(xiàn)今，礦井的瓦斯災(zāi)難已經(jīng)在很大程度上成了嚴(yán)重威脅煤礦安全生產(chǎn)的因素之一，但是瓦斯本身又是一種潔凈能源，在化工工程中也是很優(yōu)質(zhì)的化工原料，瓦斯的抽采不僅僅可以極大限度地降低礦井中瓦斯的涌出量，也能夠在很大程度上防止瓦斯爆炸以及其突出的災(zāi)難，并且抽出的瓦斯還能夠作為一種潔凈能源而加以利用，最終能夠減少其環(huán)境污染。所以煤礦工程中的瓦斯抽采對(duì)煤礦的安全生產(chǎn)以及能源的利用有極為重要的意義。依據(jù)于礦井總瓦斯抽采以及其采掘時(shí)間的關(guān)系進(jìn)行分類，煤礦中瓦斯的抽采方法根據(jù)抽采階段也可以分為預(yù)抽，采中抽采以及煤礦采后抽采這三中類型，其中，預(yù)抽以及煤礦采中抽采最為重要，而且其應(yīng)用也最廣。在煤礦井下，預(yù)抽以及煤礦采中抽采的鉆孔依據(jù)其在煤礦工程中所處于的位置不同，還包括鄰層鉆孔、穿層孔以及順煤層的鉆孔。

1.2 瓦斯抽采工藝

中小煤礦礦井的瓦斯抽采方案按照瓦斯來(lái)源可以分為本層抽采、鄰近層抽采以及采空區(qū)抽采等；按照匯集抽采瓦斯的方法又可以分為鉆孔法以及鉆孔巷道混合法；按照瓦斯的抽采原理又可以分為未卸壓采、卸壓采以及各種強(qiáng)化抽采，所謂強(qiáng)化抽采就是人為地提高煤層本身的透氣性能或者增加其涌流暴露的面積等；按照煤礦的施工位置分為兩種類型，包括地面抽采以及礦井抽采等。選擇煤礦中瓦斯的抽采方法主要是依據(jù)于煤層本身存在的地質(zhì)條件、瓦斯含量以及瓦斯來(lái)源等等結(jié)構(gòu)因素?，F(xiàn)今，在礦區(qū)的井下施工鉆孔技術(shù)中是主要包括澳大利亞、波蘭以及俄羅斯等世界初產(chǎn)大煤國(guó)的主要抽采瓦斯方式。俄羅斯本身地大物博，其本身就是全世界瓦斯資源分布最廣同時(shí)儲(chǔ)量最大的國(guó)家，俄國(guó)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資源儲(chǔ)存量為全世界第二位，地面鉆孔的抽采瓦斯方式還只是處于勘探階段；在英國(guó)以及德國(guó)的煤礦瓦斯抽采最主要的方式是井下抽取。美國(guó)作為現(xiàn)今科技最為發(fā)達(dá)的國(guó)家，其本身就是全世界率先形成瓦斯商業(yè)化開(kāi)發(fā)發(fā)展的國(guó)家，自20世紀(jì)90年代以來(lái)，美國(guó)已經(jīng)成功開(kāi)發(fā)出了地面鉆孔抽采瓦斯的技術(shù)并且成功運(yùn)用到商業(yè)化生產(chǎn)，在20世紀(jì)90年代中期，其地面的瓦斯抽采總量已經(jīng)占據(jù)其總抽采量的80%以上，在21世紀(jì)初期，美國(guó)總的瓦斯開(kāi)采量己經(jīng)超過(guò)了年產(chǎn)量500 m3。因?yàn)榈厣祥_(kāi)采技術(shù)還是一個(gè)技術(shù)難度比較高的工作，所以現(xiàn)今的主流瓦斯開(kāi)采技術(shù)主要還是井下開(kāi)采技術(shù)，也是目前世界產(chǎn)煤國(guó)的瓦斯抽采技術(shù)的一項(xiàng)主要研究課題。

在我國(guó)采用的最為廣泛的煤礦瓦斯抽采手段中，鄰近層長(zhǎng)鉆孔以及順煤層鉆孔這兩種方式最為主要。鄰近層長(zhǎng)鉆孔布置主要是在開(kāi)采的卸壓帶，主要方式是邊采邊抽；順煤層的鉆孔一般是布置在開(kāi)采的煤層，在煤礦采前進(jìn)行預(yù)抽。這兩種類型的鉆孔有效抽采就是存在于卸壓帶的孔段，一般如果采用常規(guī)鉆井方案，其抽采孔段的有效長(zhǎng)度比較短，對(duì)瓦斯的鉆孔抽采效果比較差，而采用水平定向的鉆進(jìn)技術(shù)能夠極大幅度地增加鉆孔的有效長(zhǎng)度，并且極好地提高鉆孔的瓦斯抽采效率以及其抽采量。進(jìn)行煤層穿層鉆孔一般是沿著開(kāi)采方向在開(kāi)采面的同一水平上進(jìn)行布孔，其開(kāi)孔的傾斜角度為30 °左右，人后通過(guò)進(jìn)入到卸壓帶的鉆孔段進(jìn)行瓦斯的抽采。一般而言，常規(guī)的穿層孔有效進(jìn)入到卸壓帶的長(zhǎng)度比較短，無(wú)法達(dá)到比較理想的抽采效果。而如果采用鉆孔進(jìn)入到卸壓帶以后在進(jìn)行彎曲鉆進(jìn)則極好地延長(zhǎng)了鉆孔的有效抽采長(zhǎng)度，可以最大限度地減少抽采的工作量從而節(jié)約成本，極為顯著地提高瓦斯開(kāi)采鉆孔的瓦斯抽采速度。通過(guò)對(duì)近幾年來(lái)的礦井瓦斯抽采技術(shù)的總結(jié)，可以看出，僅僅從抽采的效果來(lái)看，采用傾斜頂板巖巷對(duì)鄰近層瓦斯進(jìn)行抽采能夠做到有效抽采距離最遠(yuǎn)，其抽采的效果最佳。通過(guò)綜合分析來(lái)看，大直徑鉆孔所帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傾斜頂板巖巷的方式。并且如果其選擇的鉆孔間距得當(dāng)，或者其所通過(guò)采取的有效措施使得鉆孔在卸壓帶的有效抽采段得到最大程度的延長(zhǎng)，其抽采技術(shù)指標(biāo)能夠達(dá)到頂板巖巷水平。endprint

2 瓦斯抽采管理

我國(guó)國(guó)內(nèi)自20世紀(jì)50年代開(kāi)始在東北撫順礦區(qū)進(jìn)行煤層瓦斯抽采，到20世紀(jì)70年代，煤礦研究科室總院下轄的撫順研究院在山西省陽(yáng)泉礦務(wù)局的一礦研究中采用大直徑鉆孔預(yù)抽瓦斯法，技術(shù)突破從開(kāi)采瓦斯鉆孔直徑從7 cm增加到30 cm時(shí)，本層煤層的瓦斯抽采量擴(kuò)大了3.5倍。在我國(guó)第8個(gè)5年計(jì)劃期間，撫順研究院以及焦作礦務(wù)局又初步地試驗(yàn)研究交叉布孔抽采本煤層瓦斯技術(shù)，建立于大量的開(kāi)采試驗(yàn)研究中的數(shù)據(jù)表明，交叉布孔在最終抽采效率上比平行布孔提高超過(guò)30%，在瓦斯的抽采量可也有顯著的提高。在研究中，我國(guó)煤炭開(kāi)采科研人員又相繼地成功且推廣了鄰近層抽采瓦斯以及采空區(qū)抽采瓦斯等技術(shù)工藝。同時(shí)也積極大范圍地開(kāi)展地面鉆孔抽采瓦斯的研究。在開(kāi)采技術(shù)手段上，其研究極為重要，同時(shí)對(duì)于加強(qiáng)瓦斯抽采系統(tǒng)的日常管理也是重中之重，合理科學(xué)的管理也是提高抽采系統(tǒng)運(yùn)行效率的保證，是瓦斯開(kāi)采的重要環(huán)節(jié)，中小型的煤礦因?yàn)槠浼夹g(shù)支持薄弱，瓦斯抽采技術(shù)以及其管理等經(jīng)驗(yàn)還極為欠缺，從而更加容易導(dǎo)致其抽采監(jiān)測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行出現(xiàn)異常，比如管路阻力過(guò)大而管路漏氣等問(wèn)題，管理模式是否科學(xué)合理還在很大程度上影響到瓦斯抽采最終的效果系統(tǒng)運(yùn)行，管理模式對(duì)于各個(gè)抽采點(diǎn)抽采瓦斯的濃度負(fù)壓抽采量等各方面的技術(shù)參數(shù)無(wú)法做到準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)，這對(duì)于抽采效果考察抽采工藝優(yōu)化及抽采系統(tǒng)的安全運(yùn)行影響也很大，特別是礦井抽采系統(tǒng)抽采的能力偏小的時(shí)候，這就需要對(duì)各個(gè)抽采點(diǎn)進(jìn)行合理地分配，這樣才能夠滿足礦井瓦斯治理的需求。

3 小煤礦瓦斯抽采方法的應(yīng)用

3.1 實(shí)例礦區(qū)概況

以興黔煤礦礦區(qū)為例，其煤礦總量為1090萬(wàn)t，其本身的煤炭資源條件、煤炭的開(kāi)采技術(shù)以及其地質(zhì)條件均比較優(yōu)良，在很大程度上都能夠符合生產(chǎn)要求，生產(chǎn)能力達(dá)到30 t/a。該礦在設(shè)計(jì)施工中發(fā)現(xiàn)并且經(jīng)過(guò)當(dāng)?shù)氐拿禾抗芾聿块T(mén)核實(shí)。在采區(qū)的東翼1300 m標(biāo)高的14以及16號(hào)煤礦區(qū)均為采空區(qū)，在一采區(qū)之上的西翼14號(hào)煤在1350 m以上為采空區(qū)，在對(duì)原煤窯進(jìn)行改造時(shí)主要還是在其原設(shè)計(jì)采集工作面。在煤礦區(qū)的內(nèi)部其主要地形屬于低中山地，溝谷縱橫；其采集面的地勢(shì)呈現(xiàn)出南部較高而北部較低，海拔標(biāo)高為1300 m+1400 m，而最高海拔點(diǎn)是礦區(qū)南部山脊，海拔為1460 m，而最低點(diǎn)則是在礦區(qū)東部的河谷地區(qū)，海拔標(biāo)高為1303 m，高度差為163 m。在礦山內(nèi)，從沒(méi)有發(fā)生過(guò)崩塌、地面塌陷以及地裂等各種地質(zhì)上的災(zāi)害，工業(yè)廣場(chǎng)及其周邊也未發(fā)現(xiàn)潛在的地質(zhì)災(zāi)害，而且在礦山以及周?chē)墓I(yè)廣場(chǎng)遭受到地質(zhì)災(zāi)害危害的潛在可能性也很小。

3.2 抽采工藝

3.2.1 斜交鉆孔的方式對(duì)興黔煤礦礦區(qū)高瓦斯抽采

對(duì)于采用何種抽采方式進(jìn)行開(kāi)采，興黔煤礦的研究人員研究比較了多種方式，最終采用斜交鉆孔的方式進(jìn)行抽采，因?yàn)殂@孔法本身用于預(yù)抽本煤層瓦斯有許多優(yōu)點(diǎn)，比如其成本較為低廉、施工技術(shù)也比較簡(jiǎn)便、同時(shí)抽放瓦斯的地理位置比較高等。所以該方法存在于我國(guó)絕大部分煤礦開(kāi)采技術(shù)中，一般情況來(lái)說(shuō)，高濃度瓦斯含量且低透氣性的煤層如果采用斜交鉆孔進(jìn)行瓦斯的預(yù)抽的效果差，而采用一些技術(shù)手段進(jìn)行煤體預(yù)抽在很多時(shí)候也僅僅只能在短期以內(nèi)有用，而無(wú)法在預(yù)計(jì)時(shí)間以內(nèi)達(dá)到在瓦斯抽采初期的效果。對(duì)于在抽采過(guò)程中的壓差參數(shù)控制也極為重要，煤礦的瓦斯抽采系統(tǒng)抽采泵站的工作壓力大多數(shù)情況下僅為30 kPa，而抽采的混合量為30 m3/min，有文獻(xiàn)報(bào)道，因?yàn)樨?fù)壓管路積水所造成的最大阻力損失約為5千帕，而正壓管路的積水所造成最大阻力的損失約為7 kPa。而管路積水所造成抽采系統(tǒng)的能力損失超過(guò)25%。在安裝了正負(fù)放水器并且加強(qiáng)抽采過(guò)程中的放水管理以后，管路阻力的損失就明顯地下降了，抽采泵站的工作壓力也由30千帕提高到了38 kPa，而瓦斯抽采量也因?yàn)?.6 m3/min增加到了5.5 m3/min以上，這樣就使得抽采系統(tǒng)運(yùn)行的效率抽采效果就明顯地提高了。

3.2.2 在興黔煤礦運(yùn)用仰角鉆孔抽采上隅角瓦斯

最近幾年來(lái)，順層鉆孔布置以及鉆場(chǎng)扇形這兩種布置方式一般是選擇鉆孔法預(yù)抽瓦斯的最為主要的方式。在使用鉆場(chǎng)扇形的的布置方式來(lái)進(jìn)行開(kāi)采的時(shí)候，為良好地解析出回采過(guò)程中瓦斯的涌出，還可以采取預(yù)先挖掘進(jìn)出的礦區(qū)煤層巷道，在鉆場(chǎng)的內(nèi)部沿著煤層進(jìn)行扇形鉆孔，先抽放瓦斯，然后再回采進(jìn)行瓦斯抽采。也可以在采掘的工作面的回采時(shí)間內(nèi)采用邊采邊抽的技術(shù)，邊采邊抽主要目的就是為降低采煤的生產(chǎn)過(guò)程之中接替工作過(guò)于緊張而出現(xiàn)的問(wèn)題。一般采取鉆場(chǎng)扇形鉆孔進(jìn)行工作面的瓦斯的抽采，鉆場(chǎng)間距為50 m，能夠做到在挖掘進(jìn)工作面時(shí)向前掘進(jìn)，然后在其后面能夠同時(shí)在鉆場(chǎng)之內(nèi)進(jìn)行抽采鉆孔，這樣就可以做到瓦斯抽采和采煤的平行作業(yè)。對(duì)每一個(gè)存在的鉆場(chǎng)都采用扇形方式打孔，而每個(gè)鉆場(chǎng)至少需要布滿8個(gè)孔，鉆孔深度主要有70 m的兩個(gè)，140 m的一個(gè)，150 m的兩個(gè)。在鉆孔完成之后，就可以將打好的這五個(gè)孔同時(shí)連接到瓦斯抽采管路之上抽采，在開(kāi)始時(shí)的瓦斯?jié)舛瘸^(guò)45%，而在開(kāi)采5 h以后，瓦斯的濃度就開(kāi)始發(fā)生遞減，在開(kāi)采5 h以后其濃度僅為0.6%。而在開(kāi)采18 h以后，其濃度降低到0.3%。

4 瓦斯抽采系統(tǒng)完善

因?yàn)橹行⌒兔旱V工程中，其所處礦區(qū)的地質(zhì)條件較為復(fù)雜，其煤層的結(jié)構(gòu)變化極大，瓦斯儲(chǔ)存結(jié)構(gòu)也不均勻，其開(kāi)采的工藝也很不規(guī)范等，這就造成礦井中瓦斯所涌出的來(lái)源以及其瓦斯涌出量的變化較大，礦井規(guī)劃并且實(shí)施的抽采方法以及其抽采工藝也極有可能無(wú)法做到符合實(shí)際生產(chǎn)需要而造成瓦斯的抽采效果欠佳，這就無(wú)法解決實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中的瓦斯涌出超限等技術(shù)性問(wèn)題。這個(gè)時(shí)候就應(yīng)該加強(qiáng)礦井的瓦斯檢測(cè)做到極好地分辨出瓦斯的涌出源，并且考察瓦斯所涌出的量的規(guī)律，通過(guò)大量統(tǒng)計(jì)研究表明對(duì)抽采的方法以及抽采工藝調(diào)整并且對(duì)抽采的效果考察極大地改進(jìn)開(kāi)采技術(shù)，最終不斷地完善瓦斯抽采。因?yàn)榈刭|(zhì)條件等各種類型因素的影響，其中小型礦井采掘規(guī)劃以及工程的開(kāi)采工藝等各方面都不規(guī)范，這就造成了在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中瓦斯涌出源以及其涌出量的預(yù)測(cè)參數(shù)均有著極大的變化；同時(shí)在另外一方面，受到資金建設(shè)等各種類型因素的影響，應(yīng)該及時(shí)地對(duì)管理系統(tǒng)進(jìn)行改造并完善。

5 結(jié)語(yǔ)

現(xiàn)今，我國(guó)所采取的礦井瓦斯的抽采技術(shù)還主要停留在井下的瓦斯抽采技術(shù)，已經(jīng)較為成熟的井下抽采包括本煤層鉆孔抽采、采空區(qū)鉆孔抽采以及開(kāi)掘?qū)Ｓ猛咚钩椴上锏莱椴傻雀鞣N技術(shù)方法。伴隨我國(guó)現(xiàn)今經(jīng)濟(jì)技術(shù)迅速的發(fā)展對(duì)于煤炭需求的日益大幅度增長(zhǎng)，我國(guó)在煤炭開(kāi)發(fā)方向?qū)⑾虻氐咨畈堪l(fā)展，這就使得煤炭安全生產(chǎn)面臨更加嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。而綜合性的瓦斯抽采是在未來(lái)煤礦開(kāi)采技術(shù)發(fā)展的重點(diǎn)方向。而其中的瓦斯開(kāi)采技術(shù)則是其發(fā)展的瓶頸之一。所以在綜合性的瓦斯抽采技術(shù)中，需要研究一個(gè)采區(qū)同時(shí)多種抽采方案，最終實(shí)現(xiàn)采前以及開(kāi)采期間的高效抽采。

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