中国煤矿瓦斯抽采技术现状与发展前景

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• 2. 煤矿瓦斯抽采技术的发展 • 随着煤炭工业技术的发展， 瓦斯抽采技术 也得到了不断地提高和发展， 我国煤矿瓦 斯抽采技术大致经历了四个发展阶段。
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• （1） 高透气性煤层瓦斯抽采阶段 • 50 年代初期， 在抚顺高透气性特厚煤层中 首次采用井下钻孔预抽煤层瓦斯， 获得了 成功， 解决了抚顺矿区向深部发展过程中 的瓦斯安全问题， 而且抽出的瓦斯还被作 为民用燃料进行利用。
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• 淮南矿业集团公司张集煤矿应用综合抽采， 2002 年，矿井瓦斯抽采率达到70 ％，当年 投产，当年达产，产煤507 万t ，盈利5 亿 元，创同类矿井最好水平。目前瓦斯综合 抽采已在全国范围内广泛应用。
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• 3. 适合我国瓦斯赋存条件的抽采方法 抽采瓦斯方法的选择， 主要是根据矿井瓦 斯来源、煤层赋存状况、采掘布置、开采 程序以及开采地质条件等因素进行综合考 虑。 我国煤层的主要特点是煤层透气性低、 瓦斯含量高、煤层突出危险严重、煤层群 开采、地质构造复杂。
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• 研究和试验成功了本煤层、邻近层、采空 区多种抽采瓦斯方法。主要包括穿层钻孔、 平行钻孔、交叉布孔、穿层网格式钻孔、 深孔预裂爆破、水力割缝、水力压裂、水 力钻（扩） 孔等本煤层瓦斯抽采方法； 顶 （底） 板穿层钻孔、顶（底）板巷道、顶 板水平长钻孔等邻近层瓦斯抽采； 高冒带 钻孔、埋管抽采、地面抽采等采空区瓦斯 抽采方法。
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• （2） 邻近层卸压瓦斯抽采阶段 • 50 年代中期， 在开采煤层群的矿井中， 采用穿 层钻孔抽采上邻近层瓦斯的试验在阳泉矿区首先 获得成功， 解决了煤层群开采中首采工作面瓦斯 涌出量大的问题。此后在阳泉又试验成功利用顶 板收集瓦斯巷（高抽巷） 技术抽采上邻近层瓦斯， 抽采率达60 －70 ％。到了60 年代以后， 邻近层 卸压瓦斯抽采技术在我国得到了广泛的推广应用。
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• （4） 研究瓦斯抽采长钻孔施工及定向技术， 开发定向长钻孔的监控装置，保证钻孔的 各项参数能达到设计要求。 • （5）继续地面钻孔抽采瓦斯的试验开发， 真正做到先抽后采。
结束
中国煤矿瓦斯抽采技术现状 与发展前景
华北科技学院
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• 1 .概述 • 我国煤矿瓦斯抽采有较长的历史， 早在1938年我 国就首次在抚顺矿务局龙凤矿利用抽采泵进行采 空区抽采。近五年来， 随着煤炭工业的发展， 矿 井数量及煤炭产量迅速增加， 矿井向深部延伸过 程中， 一些低瓦斯矿井变为高瓦斯矿井和突出矿 井， 因此需要抽采瓦斯的矿井越来越多， 由此带 动了中国煤矿瓦斯抽采技术的迅速发展。
中国煤矿瓦斯抽采技术现状与发展前景 • 到2000 年我国国有重点煤矿中共有141 对 矿井建立了地面永久瓦斯泵站进行瓦斯抽 采， 年抽采量达 8 ．67 亿 m3， 2002 年 抽采矿井数 193 对， 年抽采量 11.46亿 m3， 2004年全国重点煤矿抽采矿井数达到221 对， 年抽采量达到19．26亿m3,1952 － 2004 年抽采瓦斯矿井数和抽采瓦斯量的变 化动态见图1。
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• 3 ．4 厚煤层开采条件下的采空区瓦斯抽采 • 对于厚煤层分层开采或综放开采时， 采空 区内丢煤较多， 加上邻近层、围岩瓦斯的 涌出， 使采空区瓦斯涌出量较大， 因此， 进行采空区瓦斯抽采非常必要。
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• 厚煤层半封闭采空区瓦斯抽采方法首先在 抚顺矿区试验成功， 主要在采空区后部采 用埋管抽采或设引巷密闭插管抽采，埋管 抽采法是将抽采瓦斯管埋设在采空区起采 线附近， 如图5 所示，该方法在抚顺矿区 普遍采用， 工作面瓦斯抽采率可达80 ％。
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• 目前我国煤矿普遍采用聚氨酯作为封孔材料，该 新型材料具有密封性好、硬化快、质量轻、膨胀 性强的优点。 • 瓦斯抽采管路的管材也向多样化发展， 除传统的 铁管及钢管外， 又研制了玻璃钢管、双抗塑料管、 PVC 管及其它高分子材料制成的多种瓦斯抽采专 用管， 新型抽采管路具有重量轻、耐腐蚀、运输 方便、安装费用低等优点。 • 快速管道接头的研制，也使管路连接更加方便快 捷。
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• 工作面或采区回采结束后， 还可对老塘进 行全封闭瓦斯抽采。抚顺老虎台矿于1954 年开始采空区全封闭抽采， 40多年来共抽 出瓦斯总量4 亿多m3
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• 3 ．5 综合瓦斯抽采 • 我国一些矿区的高产高效矿井在开采高瓦 斯且有突出危险的煤层时， 多采用综合抽 采法， 即在一个工作面或采区采用多种抽 采方法进行抽采。 • 以淮南矿业集团公司潘一矿1541 综放工 作面为例，该工作面开采煤层厚4.5m ， 煤 层原始瓦斯含量 10 m3／t以上， 煤层有突 出性， 工作面同时采用四种瓦斯抽采方法.
• 4 .瓦斯抽采技术装备 • 我国的瓦斯抽采装备随煤炭开采强度的增长而加 强，抽采瓦斯规模扩大及科技水平发展而不断完 • 善， 由原来非专用、单一型号的，逐步发展成为 专用的、系列的、具有现代科技水平的抽采瓦斯 装备。目前已有几十家专业厂家生产抽采钻机和 抽采泵， 为方便中小型煤矿使用， 还开发了系列 的井下移动式瓦斯抽采泵。
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• 3．2 网格式穿层钻孔抽采本层瓦斯 • 网格式穿层钻孔的优点是可解决突出煤层打顺层 孔时钻喷孔、塌孔问题。网格式穿层钻孔大面积 抽采瓦斯首先是在北票台吉矿10 号煤层进行的， 该煤层是我国透气性极低的松软突出煤层之一， 大面积网格式穿层钻孔预抽试验表明，低透气性 煤层尽管预抽瓦斯极为困难， 但在合理布置钻孔、 保证预抽时间等技术条件下， 完全能够达到预期 的抽采效果， 瓦斯抽采率可达到30 ％ 以上。
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• 见图6 ， 顶板走向长钻孔用于抽采上邻近 层瓦斯；工作面顺层水平长钻孔抽采用于 消除煤层的突出危险性并降低煤层瓦斯含 量；上隅角插管抽采用于消除局部瓦斯积 聚； 工作面初采段由于预抽时间有限，采 用深孔控制预裂爆破强化抽采， 提高瓦斯 抽采率同时缩短抽采时间， 工作面开采完 毕后还要对采空区进行全封闭抽采。
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• (3） 低透气性煤层强化抽采瓦斯阶段 • 由于在我国一些透气性较差的高瓦斯煤层及有突 出危险的煤层采用通常的布孔方式预抽采瓦斯的 效果不理想、难以解除煤层开采时的瓦斯威胁， 为此， 从60 年代开始， 试验研究了多种强化抽 采开采煤层瓦斯的方法， 如煤层注水， 水力压裂， 水力割缝， 松动爆破， 大直径（扩孔） 钻孔， 网格式密集布孔， 预裂控制爆破， 交叉布孔等。 在这些方法中， 多数方法在试验区取得了提高瓦 斯抽采量的效果，但仍处于试验阶段， 没有大范 围推广应用。
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• （4 ） 综合抽采瓦斯阶段 • 所谓综合抽采瓦斯就是把开采煤层瓦斯 采前预抽、卸压邻近层瓦斯边采边抽及采 空区瓦斯采后抽等多种方法在一个采区内 综合使用， 使瓦斯抽采量及抽采率达到最 高。
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• 从80 年代开始随着机采、综采和综放采煤 技术的发展和应用， 采区巷道布置方式有 了新的改变， 采掘推进速度加快、开采强 度增大， 使工作面绝对瓦斯涌出量大幅度 增加， 尤其是有邻近层的工作面， 其瓦斯 涌出量的增长幅度更大。为了解决高产高 效工作面瓦斯涌出源多、瓦斯涌出量大的 问题， 必须结合矿井的地质条件， 实施 • 瓦斯综合抽采。
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• 抽采系统的监控装置是近几年发展比较快 的一项技术， 它由人工操作的简易监控及 计量设备快速发展为自动监控的瓦斯抽采 系统装置。随着现代高新技术的发展， 瓦 斯抽采监控技术正向自动化、智能化、网 络化方面发展。
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• 5. 煤矿瓦斯抽采技术的展望 • 半个世纪以来， 中国煤矿瓦斯抽采技术虽 有很大发展，但由于我国井工开采煤量大， 煤层瓦斯含量非常丰富 ，抽采瓦斯研究试 验与普及工作差距还很大，必须进一步加 强，今后瓦斯抽采技术发展的方向应围绕 以下几方面：
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• 顶板走向长钻孔抽采邻近层瓦斯技术在安 徽淮南、重庆、河南平顶山、辽宁阜新和 铁法等20多个矿区（160 对矿井） 推广应 用， 瓦斯抽采量和抽采率大幅度提高， 该 抽采方法为我国高瓦斯煤层群抽采探索出 一条新路子， 为煤炭生产实现安全高效 • 提供了技术保障。
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• 为提高抽采效果， 在布孔时往往采用斜向 孔及交叉钻孔， 斜向布孔有利于边采边抽， 交叉式布孔可在不增加任何工程量的条件 下， 提高本煤层瓦斯抽采的效果。经在焦 作矿区及平顶山矿区开展顺层交叉钻孔抽 采突出煤层瓦斯的试验， 证明交叉布孔可 避兔由于钻孔坍塌、堵孔等影响抽采效果 的现象发生， 比平行钻孔抽采效果提高 1．5 倍。顺层密集长钻孔及交叉钻孔预抽 本层瓦斯见图2 。
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• （1） 进行瓦斯抽采技术筛选及适用性研究， 总结各项瓦斯抽采技术的应用情况、技术 特点、适用范围和条件，开展适用性研究， 为全国各矿区的瓦斯抽采提供指导。
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• （2） 继续研究试验单～ 低透气性煤层强 化抽采技术， 提高开采层预抽的抽采率， 降低煤层的瓦斯涌出量， 消除或降低煤层 的突出危险性。 • （3） 研制功率大， 故障率低， 打钻效率 及成孔率高的新型钻机及配套设备， 完善 打钻工艺， 解决松软煤层打钻及成孔间题。
• 我国的煤层赋存条件决定了我国的瓦斯抽 采应以卸压抽采为主， 由于矿井数量众多， 且煤层赋存条件复杂多样， 因此几乎所有 的瓦斯抽采方法在我国都进行过试验和应 用， 下面仅介绍几种典型的瓦斯抽采方法。
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• 3 ．1 顺层密集长钻孔抽采本层瓦斯 • 顺层密集长钻孔用于区域性抽采， 用于综 放面或综采面降低煤层瓦斯含量或解决工 作面消突问题， 一般钻孔深 80 m 以上， 孔问距3 －5 m， 预抽时间半年以上。
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• 目前网格式穿层钻孔成为我国单一松软低 透严重突出煤层防突的主要方法， 已在突 出严重的白皖等矿区推广应用。网格式穿 层钻孔需要在煤层底板打岩巷，抽采成本 较高。网格式穿层钻孔布置见图3。
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• 3.3 顶板走向长钻孔抽采邻近层瓦斯 • 顶板走向水平长钻孔抽采邻近层瓦斯技术就是针 对高瓦斯无煤柱综采或综放工作面的特点， 为解 决瓦斯超限间题， 采用沿开采层顶板岩层走向布 置迎面定向水平长钻孔代替顶板瓦斯巷抽采上邻 近层瓦斯。该抽采方法与顶板岩巷抽采法、顶板 穿层短钻孔抽采法相比， 技术和经济上具有显著 的优越性，尤其对于采掘接续紧张的矿井，其优 越性更为突出。钻孔及钻场布置见图4。