瓦斯综合抽采技术及其应用

马艳平

（西山煤电钻探公司第一分公司，山西 太原 030024）

引言

随着我国科学技术现阶段的飞速发展，煤矿开采的机械化水平不断提升，使得煤矿开采深度增加的同时，瓦斯含量也随之上升，面对这种情况只有对瓦斯予以抽采才能降低其带来的危险。然而，单一的瓦斯抽采方式既不能贯穿于煤矿开采的整个过程，也不能有效的保证其安全性。因此，为了保证煤矿开采的安全性，提高煤矿开采的时效性，应用瓦斯综合抽采技术就变得尤为重要。

1 瓦斯综合抽采技术

1.1 煤矿瓦斯的形成

煤层瓦斯主要是由腐殖型有机物在转变成煤的过程中而生成的。瓦斯的形成需要经过两个阶段，一是生物化学成气阶段，二是煤炭化变质阶段。同时，在不同区域、不同地质条件下，煤层瓦斯的含量存在较大的差别。此外，我国煤层瓦斯存在的瓦斯渗透性能较差、瓦斯压力低以及煤层对瓦斯有着较强的吸附能力等特征，使得煤矿开采以及瓦斯抽采的难度不断增加。由此可见，加强煤矿瓦斯抽采技术的深入研究，对于提升煤矿生产的安全性有着尤为重要的意义。

1.2 煤矿瓦斯综合抽采技术介绍

煤矿开采过程中，瓦斯抽采技术多种多样，并且划分原则不同，抽采技术也存在较大差异。比如，按照煤层开采的时间进行划分，可分为采前抽采技术、采中抽采技术以及采后抽采技术；按照瓦斯抽采对象的不同，又分为本煤层抽采技术、临近层抽采技术、掘进工作面抽采技术等；按照瓦斯抽采方式进行划分，又有钻孔抽采技术、地面钻井抽采技术以及埋管抽采技术等［1］。

由上述可知，划分的方式不同，瓦斯抽采的方式也是随之而变的。但是不同的抽采技术之间都有着紧密的联系，所谓的瓦斯综合抽采技术并不是将上述所有的方式全部应用在煤矿开采过程中，而是要根据开采煤矿的特点、地质情况以及瓦斯的含量等，从中选择最优的瓦斯抽采方式，使瓦斯抽采的效果能够真正实现煤矿的安全生产，提高煤矿企业的生产效益。

2 煤矿瓦斯综合抽采技术的作用以及技术途径

2.1 瓦斯综合抽采技术的作用

瓦斯综合抽采技术是在采前抽采、采中抽采以及采后抽采过程中，使用多种抽采方式的一种技术。实施采前瓦斯抽采综合技术能够有效降低煤矿开采过程中瓦斯的含量和产生的压力，即将瓦斯含量需降低至8 m3／t，压力降低至0.74 MPa，以此来降低煤矿开采过程中的危险性系数。在采中抽采阶段，通过瓦斯综合抽采技术，对工作面的回风流以及上隅角瓦斯浓度进行有效控制，一方面能够保证煤矿瓦斯的抽采率，另一方面还能确保开采工作安全、顺利的进行。采后抽采阶段中，实施综合开采技术主要目的是为了有效保障煤矿内部的通风性，同时降低矿井内部瓦斯向外界的排放量。如果煤层工作面的瓦斯涌出量过大，可采用开采煤层解吸瓦斯含量对瓦斯抽采的效果进行衡量。此外，要对采空区进行密闭，以此加强采空区及缝隙内高浓度瓦斯的抽采，并且抽采的瓦斯还可以实现综合利用。

在煤矿瓦斯抽采的各个阶段都有其考核指标，并且考核指标只是对瓦斯抽采技术所要达到的最低要求。实际上，瓦斯综合抽采技术的使用是在采前抽采、采中抽采以及采后抽采技术的基础上得以实现的，该技术所要达到的目标是在满足最低考核指标的要求上，实现抽采的最优化，最终使煤矿的安全开采得到有力保障。

2.2 瓦斯综合抽采的技术途径

煤矿采前抽采主要目的是为了降低煤层瓦斯产生的压力以及含量，以降低其危险性系数。如果是单一煤层，主要采用的是预抽煤层瓦斯技术，该技术的抽采技术包括穿层钻孔结合顺层钻孔瓦斯抽采技术、千米钻机顺层长钻孔瓦斯抽采法等多种技术［2］。其中千米钻机顺层长钻孔抽采技术因对煤层有着较高的要求，因此主要应用在山西晋城区域。如果煤矿开采过程中不是单一煤层，而是煤层群，则保护层抽采技术以及卸压瓦斯抽采技术作为首要考虑的抽采技术。

采中抽采技术的选择与工作面的通风方式有着紧密的联系。如果工作面的通风方式为U型，则主要采用顶板走向穿层钻孔抽采技术、采空区插管抽采技术等；如果工作面的通风方式为Y型，则主要采用沿空留巷穿层钻孔抽采技术以及地面钻井抽采技术等。当出现瓦斯含量超过30 m3／min的情况，则无论工作面的通风方式是U型或Y型，都应采用走向高抽巷法抽采技术。

采后抽采技术的主要目的是实现瓦斯的高抽采率以及高利用率，因此可采用地面钻井抽采技术、密闭埋管抽采技术等［3］。

3 瓦斯抽采技术的应用

以祁南煤矿为例介绍瓦斯综合抽采技术的应用。该煤矿年生产煤炭240 Mt／a，主要开采的煤层为3号、7号以及10号，6组煤为局部可采煤层。3号煤层因开采深度较大，其瓦斯的含量以及压力分别为8.7～11.57 m3／t，2.0～4.76 MPa，并且煤矿总的瓦斯涌出量为13.55 m3／min。根据采前抽采、采中抽采以及采后抽采等技术对祁南煤矿进行综合抽采。

6组煤为局部可采区域，利用底板岩巷网格式上向穿层钻孔法对7号煤层的瓦斯进行抽采，继而使煤层中的瓦斯含量与压力大大降低；对于其不可采区域，主要是利用底板岩巷网格式穿层钻孔抽采技术。3号煤层稳定性较高，并且随着开采深度的增加，瓦斯含量和压力不断上升，加之煤层硬度较大，对瓦斯的抽采主要采用顺层长钻孔递进掩护区域抽采方式，该抽采方式可有效降低瓦斯的含量，确保煤层开采工作的安全进行。对于危险性较高的区域即瓦斯含量更高、压力更大的区域，考虑到钻孔施工的危险性以及瓦斯抽采的效果，主要采用穿层钻孔与顺层钻孔相结合的瓦斯抽采方式，其中穿层钻孔抽采技术的采用主要是为了保障煤巷的安全、顺利进行，顺层钻孔抽采技术的应用主要是为了保证煤层工作面开采的安全性。

采中抽采主要是根据通风方式的不同而相应的对抽采技术加以改进。对于3号、7号以及10号煤层的工作面为U型，应用顶板走向穿层钻孔抽采方式以及采空区埋管抽采方式对瓦斯进行抽采都取得了较好的效果。为了进一步提高采空区瓦斯的抽采效果，可利用采空区立管瓦斯抽采技术取代采空区埋管抽采技术，有助于改善瓦斯抽采效果，并且可使煤层工作面瓦斯的涌出量大大降低［4］。

由此可见，通过对矿井煤层采用瓦斯综合抽采的方式，使得矿井瓦斯的抽采量得到了显著提升，与以往煤矿瓦斯的抽采量相比，采取此类综合抽采技术，使瓦斯的抽采率达到了60%以上，极大地改善了煤矿开采的安全性和稳定性，煤矿的开采量由预估的240 Mt／a达到了287 Mt／a。

4 结语

综上所述，煤矿开采深度的增加使得瓦斯含量及压力不断上升，由此对煤矿开采的安全性带来了尤为严重的影响。基于此，应当对矿井的瓦斯进行全面抽采，但是单一的瓦斯抽采方式局限性相对较大，无法有效贯穿于煤矿开采的每个阶段。因此，为了降低瓦斯的危险性以及提高开采的安全性，采用瓦斯综合抽采技术来降低矿井瓦斯的含量及压力，即根据煤层的地质条件，瓦斯的含量等选择几种最优的抽采技术相互结合起来进行瓦斯抽采，从而促进煤矿企业生产效益的大幅度提升。

［1］ 王剑光.煤矿瓦斯综合抽采技术及应用［J］.中国煤炭，2014，17（3）：111-115.

［2］ 孙全喜，沈斌秦宪礼，等.集贤煤矿瓦斯综合抽采技术研究［J］.煤炭技术，2012，31（1）：138-140.

［3］ 立体抽采综合利用全面提升煤矿瓦斯防治能力——全国煤矿瓦斯抽采利用与通风安全技术现场会在晋城召开［J］.中国煤炭工业，2013，11（7）：6.

［4］ 平太保，马洪芬，毛桃良，等.黄岩汇煤矿瓦斯抽采技术研究［J］.山西焦煤科技，2013，25（9）：61-65.