浅谈本煤层瓦斯抽采

浅谈本煤层瓦斯抽采

作者：毛祖彬

来源：《中国化工贸易·下旬刊》2017年第04期

摘要：煤矿瓦斯是煤矿安全生产的天敌，它不仅会导致煤矿作业人员窒息，损害人类身心健康，同时它还能引发煤与瓦斯突出、瓦斯煤尘爆炸、造成矿毁人亡；同时瓦斯还是地球大气的主要污染源。因此有效治理瓦斯，以瓦斯作为资源，实现煤与瓦斯共采，达到消突目的，并充分利用瓦斯，降低其对大气污染，是摆在当今世界煤炭开采业的一个主要课题，下面就煤层气综合利用；煤层气抽采；煤与瓦斯共采及矿井瓦斯抽采系统等方面作简要阐述。

关键词：煤层气综合利用；瓦斯抽采技术；煤与瓦斯共采；瓦斯抽采系统

1 抽采瓦斯的可行性与抽采方法

1.1 根据未卸压煤层参数，可将煤层瓦斯抽采的通难易程度划分三类

见下表：

1.2 抽采方法（见下表）

根据抽采时间与采掘关系，本煤层瓦斯抽采可分为：预抽煤层瓦斯；边采（掘）边抽煤层瓦斯。

根据瓦斯的收集方式又可分为：巷道抽采煤层瓦斯；钻孔抽采煤层瓦斯。

2 抽采方法选择

①容易抽采的煤层，宜采用本煤层预抽方法，采用顺层或穿层钻孔布孔方式；②可以抽采的煤层，可采用顺层、穿层钻孔预抽或边采边抽方式，分层开采的厚煤层，可利用先采分层的卸压作用抽采未采分层的瓦斯；③单一低透气性高瓦斯煤层，可选用加密钻孔、交叉钻孔、水力割缝、水力压裂、松动爆破、深孔控制预裂爆破等方法强化抽采；煤与瓦斯突出危险性较大煤层，应选择穿层网络预抽方式；④煤巷掘进瓦斯涌出量较大的煤层，可采用边掘边抽或先抽后掘的抽采方法。

3 钻孔法预抽本煤层瓦斯

3.1 穿层钻孔布置方式

采用穿层钻孔抽采本煤层瓦斯，透气性较好的煤层，钻孔直径为75～120mm；透气性较差煤层，钻孔直径为200～300mm，钻孔布置的合理性主要取决于钻孔抽采瓦斯的有效影响范围，抽采钻孔的合理布置，应根据矿井开拓、开采条件，可能安排的预抽时间，钻孔必须抽煤层瓦斯的时间和空间，以获得最佳抽采效果。

3.2 顺层钻孔的布置方式

抽采本煤层中的瓦斯，为顺层布置方式，该方式可用于石门见煤处、煤巷或采煤工作面。在煤层工作面的开切眼、运输巷和回风巷均匀布置钻孔，抽采一段时间后再进行回采，以减少回采过程中的瓦斯涌出量。

顺层钻孔预抽适用于：单一煤层；煤层有抽采效果；煤层赋存条件稳定；地质变化小；钻孔要提前打好；有较长的预抽时间。

4 边采（掘）边抽本煤层瓦斯

边采（掘）边抽本煤层瓦斯是在未经预抽或预抽时间不足的条件下，解决开采煤层采掘过程中瓦斯涌出问题的一种有效抽采方法。该方法主要是利用采掘过程中形成的卸压作用抽采煤层中的瓦斯，以降低回采或掘进中涌入回风流中的瓦斯量。

4.1 边采边抽本煤层瓦斯的布置方式

厚煤层边采边抽本煤层瓦斯可采用顶板钻孔布置方式，根据巷道布置方式不同在煤巷或岩巷内开孔。这些抽采钻孔只要未被采穿，可一直抽采。边采边抽瓦斯抽采量随工作面推进，工作面前方卸压带钻孔瓦斯涌出量显著增加。当钻孔距工作面过近，因煤体过分破碎、裂隙沟通，使大量空气进入抽采钻孔，便失去抽采意义。

4.2 边掘边抽本煤层瓦斯的布置方式

煤巷掘进为了解决工作面瓦斯涌出量大的问题，可采用边掘边抽本煤层瓦斯的布置方式，利用巷道两帮卸压条带向巷道前方打钻孔抽采瓦斯，孔径一般为50～100mm，孔深一般在200mm以内。这种布孔抽采可减少掘进工作面的瓦斯涌出量，同时达到防止瓦斯突出的目的。

4.3 边采（掘）边抽采本煤层瓦斯的适用条件

①适用瓦斯涌出量大，时间紧、预抽法不能满足要求的地区；②在抽采过程中，可借助回采过程的卸压作用，使抽采区域煤体松动，增大煤层的透气性，提高煤层瓦斯的抽采效果；③该方法是在采区掘进准备工作完成后或掘进过程中进行，实际应用中可根据采区各局部地点的瓦斯量大小，投入相应的边采（掘）边抽工程量。

5 煤层透气性低的增透措施

5.1 深孔预裂控制爆破强化抽采瓦斯方法

在采煤工作面的运输巷和回风巷布置平行于工作面、相隔一定间距，孔深50m左右的爆破孔和控制孔，两者交替布置，控制孔内不装药，爆破孔装药段长30m左右，利用压风装药器进行连续耦合装药，孔内辅以导爆索正向起爆。利用炸药爆炸的能量和控制孔导向、补偿作用，使爆破孔与控制孔之间煤体产生新的裂隙，并使原生裂隙得以扩展，从而提高煤层透气性，增加瓦斯抽采量。

5.2 水力割裂强化抽采瓦斯技术

当工作压力Pw=10～30Mpa时，喷嘴直径d0=3mm，喷射流量最佳距离小于100 d0由于煤的坚固性系数不同，水射流切割煤体的实际效果与工作压力（水压）有关。（关键装置：对称式喷嘴活塞式射流器）

试验表明：煤的f=0.7～1.1，Pw=15～18Mpa，喷嘴直径为4mm，可在钻孔两侧形成深大于0.5m，高0.2 m的缝槽；对于软煤层直径为3mm喷嘴，割缝深度为0.5～0.8m；直径为4 mm喷嘴，割缝深度0.7～1.1m，在水射流工作压力为15～18Mpa，喷嘴直径为4mm所需水量可按下式计算：Qw=11.8 d02Pw

式中：Qw—一个喷嘴所需水量，m3/h；

d0—喷嘴直径，mm；

Pw—喷嘴工作压力，Mpa。

实践表明，经过水力割缝的钻孔，瓦斯涌出强度增加，但瓦斯涌出衰减系数仍接近未割缝钻孔。水和割缝形成的松动卸压影响范围可达1～10m，水力割缝不仅增加了煤层暴露面，而且更扩大了有效抽采范围。对于透气性低的煤层，水力割缝措施能较好地提高瓦斯抽采量，为非割缝钻孔的2.2倍～2.6倍，50多天后割缝钻孔的自然瓦斯涌出量仍然比非割缝钻孔大41%。

5.3 井下水力破裂法抽采瓦斯

水力破裂法是在井下施工，压裂液为清水，不带砂，压裂液向煤体压入的速度一般在0.5 m3/min（小排管）以下，要求钻孔附近存在自由暴露面，压裂钻与邻近钻孔和巷道暴露面压通破裂，煤层内煤、水能顺利地排出，在钻孔周围有卸压作用。