瓦斯抽采的必要性及抽采方法探讨

1 煤矿气泵技术的现状

1.1 煤层瓦斯抽采

在采前进行预回采。即在采动前，先对该煤层进行钻孔抽排，以降低采动时的瓦斯流量。按井眼布局可分为三种：扇形井眼、平行井眼和十字井眼。[1]其中，正交井抽采法由于其空间贯通特性，可改善井周煤体裂隙连通性，利于瓦斯运移，已得到广泛应用。在我国，由于煤的渗透性较差，预抽瓦斯困难，开采后的超前支护压力是影响煤体渗透性的重要因素。基于超前支护压力对煤体的卸压作用范围及瓦斯涌出规律进行合理的布孔设计，可极大地改善煤层瓦斯抽采效果。在一般条件下，该煤瓦斯抽采孔受超前支护压力影响，其抽采量随工作面空间位置的改变可划分为初始期、弱化期、增期和减量期。

1.2 邻近层瓦斯抽放

(1)巷道抽采，是指在采动产生的裂隙区，在采场上部或下部开采卸压瓦斯时，对其上部和下部相邻地层进行抽采。[2]平巷可以设置在邻近的煤层或岩层内。然而，在综采工作面初期，由于顶板冒落及断裂的影响面积较小，不能达到高抽巷的部位，通常采取“假斜高抽巷”、“中-低高抽巷”等工艺。

（2）跨层钻孔抽放，是指沿瓦斯尾巷沿采空区（破裂区）沿与工作面平行的跨层孔进行抽采，以实现瓦斯抽采。[3]在施工过程中，要依据煤层赋存状态及采动损伤规律，提前确定钻孔间距、终孔与工作面垂直高度、终孔与工作面水平距离、钻孔中心线与尾巷中心线之间的角度，才能获得最优的排水效果。

1.3 采空区瓦斯抽采

工作面采空区瓦斯抽放。主要有井下抽采，尾巷抽采等。埋管排采是在回风巷的顶壁上铺设抽采管，并按等间距设三通孔，以便于立管及阀门的安装。在开采过程中，瓦斯筒被逐步埋入采空区，并被抽离；尾抽是指在回风巷上设置一条专门的瓦斯抽放巷，并采用分段密闭方式抽放瓦斯。另外，回采工作面采空区的瓦斯抽采还可以采取跨层抽采和板尾巷抽采的方式。

老采空区瓦斯抽放。在采动作用下，临近地层卸压区域持续增加，老采空区内将产生大量的瓦斯。抽采瓦斯主要有三种方式，即密闭套管抽采、井下钻孔抽采、地表钻孔抽采。在这些方法中，钻井法由于对开采条件的限制较小，便于管理，因而得到了比较广泛的使用。

2 煤矿生产中瓦斯的危害性分析

2.1 威胁工人生命安全

矿井瓦斯是矿井关闭后产生的一种瓦斯混合物。甲烷是一种可燃且具有爆炸性质的气体，对人类的身体造成致命的危险。在采煤以前，岩石层把瓦斯隔绝起来。然而，在矿井进行开采时，岩层破碎后，会产生瓦斯，此时，煤矿巷道内就会充满瓦斯。若不采取有效的通风措施，将导致工人在高浓度的气体中发生缺氧和窒息，给他们的生命和矿井的安全带来极大的影响。

2.2 气体爆炸

瓦斯是以甲烷为主要成份的一种混合气体。气体爆炸发生的前提是气体的质量分数大于 5% 。当然，当瓦斯含量大于 16% 时，遇到火源时，瓦斯只能猛烈地燃烧，而不会发生爆炸。在矿井中，瓦斯爆炸的发生是由温度、压力、煤尘浓度等因素共同作用的。一旦发生瓦斯爆炸，就会引起其它类型的爆炸，对矿井的巷道造成严重的损害，从而引起矿井巷道的阻塞，甚至塌陷，给人民生命财产带来巨大的损失。

2.3 火灾风险

做好瓦斯治理工作，是每一家煤矿企业都要认真对待的工作。在矿井生产过程中，若不能及时排出或违规操作，将造成瓦斯泄露，对矿井整体的安全生产造成极大的威胁。通常，气体体积分数为 7% -8%时，易着火，易引发燃烧、爆炸，危害矿井作业环境，引发大面积火灾。在这种情况下，若煤层瓦斯浓度高，火区还会不断增大，对矿工的人身安全构成了极大的威胁。

2.4 温室效应

根据相关研究，气体对空气的危害大于二氧化碳。如果气体大量释放，将加快温室效应。当前，我国对煤炭资源的需求量越来越大，煤炭工业也得到了快速发展。目前，我国煤炭企业一味追求经济利益而轻环保，致使大量未经治理的气体排放到大气中，致使大气中的气体含量持续上升，对大气环境造成了极大的危害，对人民的生存环境也产生了极大的危害。

3 关于新技术在煤矿瓦斯中应用的讨论

3.1 多区域共同抽采技术

多区域共用抽采技术的应用，要求地面和井下同时抽采，以保证抽采效果，达到“先抽后采”的目的，保证井下瓦斯抽采和煤炭生产的稳步进行。一般多区域通用开采技术主要涉及三个区域，即规划开采区、制剂开采区和生产开采区。利用该技术，可以实现地面和井下开采的同步联动，对提高开采效率，保证煤炭开采的连续性起到积极作用。

3.2 通过钻透煤层从煤巷条带中抽放瓦斯

在高含量地区抽放时，为了保证安全作业，必须采用跨层钻井技术。相应的原理和抽放过程如下：掘进区位于矿井底部，底板岩巷高位钻场在矿井中穿过开拓区工作。ZDY4000S钻机用于煤矿扇形钻孔，其最终孔区位于距巷道轮廓线外 15m处。这种抽放方式的问题是抽采管道非常复杂，工作量非常大。同时，作业过程中需要辅助巷道，需要大量的掘进工作，钻机要多次移动，成本较高。这种抽放方式的优点是：可以在同一时间段内通过多个钻孔点进行抽放，提高了工作效率；因为钻孔施工过程非常简单，技术工人的培训成本和设备的维护成本都很低。此外，这种抽放方法具有较高的气体抽放率。

3.3 分段瓦斯抽采交叉钻孔

对于预抽时间和预抽控制不充分且难以掌握的地区的煤层，可通过顺层错钻实现瓦斯抽放。可以用ZDY4000S钻机，钻孔 100 米左右，孔径 94mm 。钻场应设在工作面的巷道内，并应控制好工作面的瓦斯。这种钻孔方法可以有效地控制瓦斯在矿井中的循环方向，因此吨煤瓦斯抽采率可以在短时间内达到 20% 。这种抽放方式的问题是抽放管道非常复杂，工作量大，钻机需要多次移动。这种方法的优点是可以在多个钻孔点同时抽放，大大提高了工作效率。同时，由于施工钻孔工艺非常简单，人员培训和设备维护的投入很小，瓦斯抽采率很高。

3.4 水力喷射增流防渗技术

水射流增流防渗技术利用相应的设备完成瓦斯抽采，如套管、法兰、分离器、瓦斯抽采连接管等。水力喷射导流技术用于增加流量和改善渗透性。先钻一个深 2m、直径15cm的孔，然后用水泥将套管固定在岩层中，再用法兰将射流导流三通与套管连接起来，在孔内连续钻一根钻杆，处理好外封。准备工作完成后，将钻头钻入地质层，连接射流导向三通和分离器，确认无误后开始钻进。钻机工作时，钻头应停止钻进。这样可以有效地分离煤、水、气，并通过套管将气体排出井外，从而控制气体浓度。

结语

我国天然气资源丰富，由于其清洁环保、危害煤矿生产等特点，其开采越来越受到重视，这也可以保证我国对能源的需求，发展国家的经济。但我国煤层具有低渗透、强吸附的特点，这就决定了在现有瓦斯抽采技术的基础上，需要加强低渗透煤层和高瓦斯煤层的抽采，改进和完善瓦斯抽采。抽采设备及途径一套有效、全面的瓦斯抽采技术和工艺应着力解决三个方面的关键问题，真正实现瓦斯的高资源化。

参考文献：

[1] 梁军成. 煤矿瓦斯防治中抽采新技术的有效运用探讨[J]. 内蒙古煤炭经济,2020(15):177-178.

[2]李元超.我国煤矿瓦斯事故的发生规律分析[J].煤矿现代化,2019(3):184-186.

[3] 王杰. 矿井瓦斯抽采方法及安全措施研究[J]. 中国石油和化工标准与质量,2019,39(22):178-179.