瓦斯抽放技术的应用

前言随着煤矿机械化水平的提高，以及综采放顶煤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，尤其是存在『临近层的工作面，其瓦斯涌出量的增长幅度更大，采区瓦斯平衡构成也发生了很大变化。

由于《煤矿安全规程》中规定工作面允许的最高风速和工作面回风允许的最大瓦斯浓度，决定工作面所担负的瓦斯涌出量是有限的，再者矿井的通风能力、通风系统以及防治煤炭自燃的限制，工作面供风量往往达不到极限供风量，因此为解决高产高效工作面多瓦斯涌出源、高瓦斯涌出量的问题，确保其高产高效必须结合矿l 井的地质开采条件，实施矿井瓦斯抽放。

1 矿井瓦斯和瓦斯抽放的必要性1 ．1 矿井瓦斯矿井瓦斯是井下有害气体的总称，主要成份是煤中伴生的甲烷( c | I 4 ) ，从褐煤到无烟煤、吨煤生成甲烷( c H 4 ) 量为6 8 ～ 4 1 9 m 。

瓦斯以吸附和游离两种状态赋存于煤孔隙表面和空隙中，一般吸附量占8 5 ％以上，影响吸附瓦斯和游离瓦斯量决定因素：a ．瓦斯压力． b ．煤的性质即纯煤极限吸附量．c ．与压力有关的吸附常数。

瓦斯的化学名称叫甲烷( c } { 4 ) 是一种无色、无味、无嗅、可燃的气体，当空气中瓦斯达到一定浓度( 5 ％～ 1 5 ％) ，并遇高温( 6 5 0 —7 5 0 o C ) 时能引起爆炸，空气中瓦斯浓度达 4 3 ％，氧气浓度小于1 2 ％，可以使人窒息，甲烷的分子直径为0.3 7 6 x 1 0 - g m，密度( 标况) 0.7 1 6 k g/m，比空气轻，与空气相比的相对密度为0 ．5 5 4 ，其扩散速度是空气的1 ． 3 4倍。

1 ．2 瓦斯抽放的必要性1 ．2 ．1 从矿井目前的瓦斯涌出现状来看瓦斯抽放的必要性。

七星煤矿西三区煤层 2 1 1 掘进工作面瓦斯涌出量为0 ． 6 5 m3 ／m i n 、西三区8 煤层2 0 6掘进丁作面瓦斯涌出量为0 ． 2 9 m 3 ／m i n 、东四区 1 2 煤层 2 1 4掘进工作面瓦斯涌出量为0 ．7 6 m3 ／mi n 。

1 ．2 ．2 从矿井通风能力来看瓦斯抽放的必要性。

采掘工作面实行瓦斯抽放的必要性判断标准是：采掘工作面设计风量小于稀释瓦斯所需要的风量，即下式成立时，抽放瓦斯才是必要的。

Q o <式中Q 一采掘工作面设计风量，m 3 ／s ；Q _ 一采掘工作面的瓦斯涌出量，m 3 ／mi n ；K 一瓦斯涌出不均衡系数，取K = I ．5 ；c 一《煤矿安全规程》允许的采掘工作面瓦斯浓度，％，c≤1 ．0 。

根据上面对矿井掘进工作面的瓦斯预测结果，可知七星煤矿西三区6 煤层2 l 1 掘进工作面绝对瓦斯涌出量为0 ．6 5 m3 ／mi n ，计算设计风量1 ．6 3 m3 ／s ，实际风量为2 ． 2 7 m3 ／s 、东四区1 煤层2 1 4掘进工作面绝对瓦斯涌出量为0 ．7 6 m3 ／mi n ，计算设计风量1 ．9 0 m3 ／s ，实际风量为3 ．8 7 m a ／s 、东四区八层四片采面长度1 3 0 m，风量 1 7 0 0 m 3 ／mi n，绝对瓦斯涌出量为2 4 m3 ／mi n，相对瓦斯涌出量为3 4 ．5 6 m 3 ／t ，日产量1 0 0 0 t ／d ，在1 7 0 0 m 3 ／mi n风量情况下回风瓦斯浓度控制在0 ．7 5 ％以下风排瓦斯1 2 ．7 5 m 3 ／mi n ，所以必须抽出1 1 ． 2 5 m3 ／mi n 。

才能保证工作面瓦斯不超。

因此，从矿井通风能力来看七星矿目前随着开采深度的加大，瓦斯含量增加，由低瓦斯矿井转变为高瓦斯矿井，建立永久瓦斯抽放系统还是必要的。

1 ．2 _3 从资源和环境的角度来看瓦斯抽放的必要性。

瓦斯是一种优质能源，将抽出的瓦斯进行发电加以利用，可以变害为宝，不仅改善能源结构，而且减少了对环境的污染，可以取得显著的经济效益和社会效益。

2 矿井概况七星煤矿为高瓦斯管理矿井，绝对瓦斯涌出量为2 1 ．8 4 m 3 ／mi n ，共有重点瓦斯T作面3个，分别是 3 5 2 2采煤面和2 1 4 、 2 1 1 掘进面，矿井原设计生产能力为1 ．2 0 Mt ／ a ，扩建后总生产能力为2 ． 4 Mt ／ a ；日生产能力为8 0 0 0 t ，主采煤层为6 、8 、1 0 、1 2 煤层，煤层平均间距为1 5 —7 6 m，煤质极为坚硬，透气性差，属较难抽放矿井，多年来，一直采用采空抽放、钻孔采后的临近层卸压抽放，瓦斯抽放率在1 0 ％左右，抽放效果较差。

随着矿井生产向深部延伸，矿井瓦斯含量增大，瓦斯突出的危险性越来越大，瓦斯抽放严重滞后，导致矿井生产布局失衡，生产接续日趋紧张，瓦斯危害日趋严重的不利局面，面对如此严峻的瓦斯危害，如果不从根本上进行治理，则难以实现矿井的安全生产，更谈不上矿井的持续、稳定发展。

为此，从2 0 0 5年底，开始加大瓦斯抽放力度，进行瓦斯综合治理，防治瓦斯灾害为重点的生产布局调整，通过二年多的努力初步形成了需抽必抽、长钻孔、密集孔、强抽放的“掘、抽、采”平衡的新格局，瓦斯抽放量明显增长，抽放效果显著。

3 瓦斯综合抽放格局3 ．1 掘进巷道抽放瓦斯如遇有掘进工作面瓦斯涌出量大或当掘进巷道掘至地质构造带附近，其瓦斯量可能较大，此时可采用边掘边抽方式。

在8。

匕层、 1 2 # 煤顶分层巷道掘进时进行的顺层钻孔抽放，即在掘进机巷、风巷时，每隔4 O 一5 0 m做一个煤层钻场，向掘进方向布置3 - 6个煤层钻孔，钻孔长度在6 0 m左右，钻场瓦斯抽放量在1 ．0 ～1 ．5 m3 ／mi n ，而且衰减较快，只能抽放 2个月左右。

3 ．2 采煤工作面瓦斯抽放，采用综合抽放方法3 - 2 _ 1 移动泵站抽放采空区瓦斯。

工作面上隅角瓦斯多来源于采空区，属顶、底板冒落，卸压，上区段煤线及残煤的瓦斯涌出，其规律受顶、底板岩性，煤质和瓦斯含量所制约，因此宜于采用井下移动式抽放泵对工作面上隅角瓦斯进行局部抽放，利用插管抽放瓦斯的方法，直接抽取高瓦斯地点的瓦斯，抽放流量在0 ．8 ～ 1 ． 5 m3 ／m i n浓度为1 0 ％- 1 5 ％。

3 ．2 ．2 高位插管抽放或尾巷密闭抽放采空区瓦斯。

当工作面推进后底板卸压，下临近层瓦斯不一定通过钻孔而被抽走，有可能直接涌入上层工作面采空区，使下临近层钻孔抽放效果受到影响，而使回采时采空区瓦斯涌出较大且不易解决。

在此种情况下，可采用高位插管法抽放采空区瓦斯，即向采空区插铁管，管口位置要抬高，插管间距8 0 m左右，视双巷联络／j , ) l I 间距来决定，插管管径 5 0 m m；或者采用分段小尾巷、密闭巷道插管抽放瓦斯方法抽放流量在1 ． 2 ～ 1 ．8 m3 ／mi n浓度为1 5 ％- 2 0 ％。

3 ．2 - 3 高位钻孔抽放上隅角瓦斯。

高位钻孔是在风巷向煤层顶板施工的状况。

高位钻孔瓦斯抽放又称顶板裂隙带抽放，主要作用是以工作面回采采动压力形成的顶板裂隙作为通道来抽放工作面采空区冒落带及裂隙带内的瓦斯，进而改变采空区瓦斯浓度分布，从根本上解决采空区瓦斯由上隅角大量涌出引起的瓦斯超限和回风流瓦斯超限问题，钻场间距为5 0 ～ 6 0 m ，钻孔长度为7 0 ～8 0 m，钻场内布置3 - 4个钻孔，钻孔直径为7 5 r am。

抽放流量在2 ．0 ～3 ．1 m 3 ／mi n浓度为4 O ％～5 O ％。

3 ．2 ．4 顺层长钻孔预抽煤层瓦斯。

用顺层平行钻孔预抽煤层瓦斯的布置方案，钻孔间距 5 m，方位与机、风巷夹角为8 0 0 ，向切眼方向倾斜，以便于工作面回采时边采边抽，即抽放工作面卸压瓦斯。

钻孔倾角与煤层倾角一致，抽放范围控制整个工作面，工作面内不得留有抽采盲区，钻孔要适当打深，钻孔孔径一般采用8 5 mm同时也配合施工孔径分别为7 5 mm、9 5 mm、1 0 8 mm的钻孔进行抽放，随着孔径增大，钻孔瓦斯抽放量也增大；当孔径达到1 0 8 mm后，钻孔瓦斯抽放量增大不明显，尽量保证钻孔有效孔深和抽放效果，做到钻孔施工的经济合理，抽放流量在1 ． 2 ～ 2 ．0 m 3 ／m i n抽放量较小，但浓度较高，一般能达 4 0 ％以上。

3 ．2 ．5 顶板走向水平长钻孔抽放瓦斯。

采用顶板岩石水平长钻孔布孔方式，沿工作面风巷下帮布置钻场，钻场间距为1 3 0 ～ 1 4 0 m，布置方式基本沿走向打钻。

根据抽放瓦斯需要，钻孔终孔位置( 水平投影) 距回风巷2 0 —8 0 m，根据煤层倾角变化，钻孔倾角作相应调整，一般为4 一l 1 0 ，钻孔开孔直径为1 0 8 mm。

4 瓦斯抽放效果及前景展望通过三年来的瓦斯抽放格局调整，以瓦斯抽放治理为重点，以抽放量为龙头的瓦斯抽放格局已初步形成。

2 0 0 6年抽放瓦斯)量为 3 5 0万立方米，2 0 0 7年抽放瓦斯量为4 5 0 万立方米，2 0 0 8年预计抽放瓦斯量为5 5 0万立方米，应该说七星矿瓦斯抽放和利用的格局已基本形成，前景看好，目前地面系统抽出的瓦斯量为3 5 0万立方米利用的瓦斯量为2 2 0万立方米，利用率 6 2 ． 4 ％，移动泵抽放量为2 0 0万立方米。

随着瓦斯抽放工作的加强，抽放效果的提高，移动泵抽放系统将逐步被地面永久抽放系统替代，资源被充分利用，前景广阔。

结束语通过开采层预抽、上下临近层卸压边采边抽、采空区预埋管抽放等综合抽放瓦斯技术，提高了采区和矿井瓦斯抽放率，降低了工作面瓦斯涌出量，矿井的安全性得到强有力的提升，为矿井实施集约化规模生产奠定了牢固基础，而且抽放出来的瓦斯可以发电再利用，其对经济效益的增长和环境保护的作用将十分巨大。

参考文献[ 1 ]于不凡．煤矿瓦斯灾害防治及利用技术手册『M1 ．北京：煤炭工业出版社． 2 0 0 5．[ 2 】孙孝恬．芦岭煤矿瓦斯抽放格局及前景展望[ J 1 ．矿业安全与环境，2 0 0 5．3 2 ( 6 ) ：5 1 —5 2 ．。