11任务十一 矿井瓦斯抽采技术

任务十一 矿井瓦斯抽采技术

【主要内容】

一、矿井瓦斯抽采条件 二、矿井瓦斯抽采方法

三、矿井瓦斯抽采设备及设施

四、实训与操作-集中参观学习瓦斯抽放设备与钻孔封孔工艺

矿井瓦斯抽采就是利用瓦斯泵或其他抽放设备，抽取煤层中的高浓度瓦斯，并通过与巷道隔离的管网，将抽放出的高浓度瓦斯抽至地面并当做能源利用。

一般地说，抽至地面的瓦斯被当作能源利用，称为抽采，不被利用或没有利用价值被放掉时，称为抽放。其目的是从本质上消除煤与瓦斯突出的危险性，确保采掘工作面的安全作业。2005年4月和2011年11月，国家两次在淮南矿业集团召开全国瓦斯治理现场会，树立“瓦斯事故是可以预防和避免的”意识，实施“可保尽保、应抽尽抽”的瓦斯综合治理战略，变“抽放”为“抽采”。

矿井瓦斯抽采是防止瓦斯灾害的治本措施，通过抽采不仅可以降低矿井瓦斯的涌出量。有效防止瓦斯超限或爆炸事故，又能从根源消除煤与瓦斯突出的危险性。因此，从本质上实施矿井瓦斯抽采措施，对确保采掘工作面安全生产作业有着重要的实际意义。

随着矿井开采深度和强度的增加，矿井瓦斯涌出量也日益增大，仅用增大风量的办法稀释瓦斯，不仅在经济上不合算，在技术也不合理。例如综采工作面单产可达3000 t/d ，以

相对瓦斯涌出量10 m 3/t 计算，工作面的绝对瓦斯涌出量为20.8 m 3

/min 。如果不进行抽采，稀释这些瓦斯到安全浓度所需的风量是难以供给的，至少是用一般的通风方法难以达到的。所以抽采瓦斯可以改善矿井的安全状况和降低通风费用。

瓦斯虽是矿井五大自然灾害之一，但对含瓦斯煤田进行综合开发时，即把含瓦斯煤田既

作为煤田开采，又作为瓦斯田开采时，瓦斯便成为宝贵的矿产资源，实验证明lm 3

甲烷的发热量相当于1～2kg 煤的发热量。所以, 瓦斯又是一种重要的能源,此外,抽采瓦斯还是防治煤与瓦斯突击的有效措施之一。

1949年我国在抚顺龙凤煤矿进行抽采瓦斯试验，1952年取得成功。至今瓦斯抽采技术已经在我国多数矿区推广和应用。

一、矿井瓦斯抽采的条件

（一）矿井瓦斯抽采的必要性衡量

抽采瓦斯是解决矿井瓦斯问题的手段,但并不是所有瓦斯矿井都需要抽采瓦斯, 衡量一个矿井是否有必要抽采瓦斯，可以根据下列条件确定：

1.矿井瓦斯涌出量超过通风所能稀释的瓦斯量

矿井瓦斯涌出量超过通风所能稀释瓦斯量时,可以考虑抽采瓦斯。

通风所能稀释的瓦斯量,是指工作面用通风方法所能排出的极限瓦斯涌出量,可用绝对瓦斯涌出量临界值指标（绝0q ）和相对瓦斯涌出量临界值指标（相0q ）来衡量。

（1）绝对瓦斯涌出量临界值指标（绝0q ）

回采工作面绝对瓦斯涌出量临界值指标根据回采面过风断面的大小及回采工作面风速的取值来确定，即：

min min 046.060vS K

C

vS q ==

绝

（1-11-1） 式中绝0q ——通风所能稀释的绝对瓦斯涌出量临界值，m 3

/min ；

1%；

1.3；

——回采工作面最小过风断面面积，m 2

；

m/s 。

设采煤工作面绝对瓦斯涌出量为绝q （m 3

/min ），则当绝q ＞绝0q 时，需要考虑抽放瓦斯。 例如，根据式（1-11-1），若取工作面适宜风速v ＝2.0m/s ，在回采工作面过风断面面

积S=5.0m 2的情况下，计算出绝对瓦斯涌出量的临界值约为5.0 m 3

/min 。即当采煤工作面绝

对瓦斯涌出量大于5.0 m 3

/min 时，需要考虑抽放瓦斯。

（2）相对瓦斯涌出量临界值指标（相0q ） 回采工作面相对瓦斯涌出量临界值指标表达式为：

T

vS TK C S v q min

min 0655601440⨯=⋅⨯=

相 （1-11-2）

式中相0q ——通风所能稀释的相对瓦斯涌出量临界值，m 3

/t ；

t/d ；

其余符号同式（1-12-1）。

设采煤工作面相对瓦斯涌出量为相q （m 3

/t ），则当相q ＞相0q 时，需要考虑抽放瓦斯。

例如，某矿一个回采工作面的日产量为1000t/d ，采场最小过风断面面积为S min ＝5.0m 2

。当根据回采工作面适宜风速v ＝2.0 m/s 配风时，可得相对瓦斯涌出量临界值相0q ＝6.65 m 3

/ t ，

即当相q ＞6.65 m 3

/ t 时就应考虑抽放；若按风速v ′=3.5 m/s 配风，则：相0q ＝11.64 m 3

/

t ，说明加大风量后，相对瓦斯涌出量临界值可达到11.64 m 3

/ t 。这样，加大工作面风速后，

采面的相对瓦斯涌出量达到11.64 m 3

/ t 以上时可考虑抽放。

同理，如考虑是否有必要实行邻近层瓦斯抽放，那么就要预测邻近层与开采层的瓦斯涌出量之和是否超过了开采煤层通风所能稀释的最大瓦斯量的临界值。以绝对瓦斯涌出量为例，即当

邻q ＞邻0q ＝本0q －本q （1-11-3）

时，需要对邻近层瓦斯进行抽放。 式中邻q ——邻近层瓦斯涌出量，m 3

/min ；

本

q——开采本煤层瓦斯涌出量，m3/min；

邻

q——邻近层瓦斯涌出量临界值，m3/min；

本

q——开采本煤层瓦斯涌出量临界值，m/min。

例如，某开采层采煤工作面本层瓦斯涌出量为1.5 m3/min，采场过风断面S min =5.0m2，风速v＝2.0 m/s，计算可得邻近层向开采层允许涌入的瓦斯量临界值为1.5 m3/min。因此，当邻近层向开采层瓦斯涌出量超过1.5 m3/min，即可考虑对邻近层抽放瓦斯。

2.《规程》规定

《规程》规定：有下列情况之一的矿井，必须建立地面永久抽采瓦斯系统或井下临时抽放瓦斯系统：

（1）一个采煤工作面的瓦斯涌出量大于5 m3/min或一个掘进工作面的瓦斯涌出量大于3 m3/min，用通风方法解决瓦斯问题不合理的。

（2）矿井绝对瓦斯涌出量达到以下条件的：

①大于或等于40 m3/min；

②年产量1.0～1.5 M t的矿井，大于30 m3/min；

③年产量0.6～1.0 M t的矿井，大于25 m3/min；

④年产量0.4～0.6 M t的矿井，大于20 m3/min；

⑤年产量小于或等于0.4 M t的矿井，大于15 m3/min。

（3）开采有煤与瓦斯突出危险煤层的。

（二）矿井瓦斯抽采的可行性衡量

抽采瓦斯的可行性是指对煤层抽放的难易程度。目前一般用煤层透气性系数λ和钻孔瓦斯流量哀减系数α来恒量。

1.煤层透气性系数λ

煤层透气性系数是衡量煤层瓦斯流动与抽放瓦斯难易程度的标志之一。它是指在l m3煤体的两侧，其瓦斯压力平方差为1MPa2时。通过l m长度的煤体，在此l m2煤面上，每日流过的瓦斯量。测定方法是在岩石巷道中向煤层打钻孔，钻孔应尽量垂直贯穿整个煤层，然后堵孔测出煤层的真实瓦斯压力，再打开钻孔排放瓦斯，记录流量和时间。故煤层透气性系数的单位为m2/(MPa2·d)。用λ表示。

2.钻孔瓦斯流量哀减系数α

钻孔瓦斯流量哀减系数α是表示钻孔瓦斯流量随着时间延续呈衰减变化关系的系数。其测算方法是，选择具有代表性的地区打钻孔，先测其初始瓦斯流量q0，经过时间t后，再测其瓦斯流量q t，然后按下列公式计算α

t Lnq

-

Lnq

αt

=

（1-11-4）

式中α─钻孔瓦斯流量哀减系数，d-1；

q0─钻孔初始瓦斯流量，m3/min ；

q t─经过t时间后，钻孔瓦斯流量，m3/min ；

t─时间，d 。

对未卸压的原始煤层，瓦斯抽放的难易成度可划分为三类，如表1-11-1所示：

表1-11-1 瓦斯抽采难易程度分类