3 瓦斯涌出来源及构成

2.1 瓦斯涌出来源及构成

通过对4个综放工作面的统计分析，采空区涌出的瓦斯量占综放面涌出总量的83.06％～93.7％，而由通风排出的两巷及工作面煤壁和落煤涌出的瓦斯仅为 6.30％～16.94％，具体见表1。

表1 综放面瓦斯涌出量构成表

2.2 瓦斯涌出相关因素简析

研究表明，综放面瓦斯涌出量随采面产量的增高、推进距离的加大而迅速上升，但这种关系并非线性关系。当产量增加到一定程度、采面推进到一定距离，瓦斯量达到峰值后不再按原来的比率增加，而呈波动变化甚至呈下降趋势，如图1所示。

大气压力变化对瓦斯涌出量有明显影响：抚顺7：00～18：00处在大气压力下降过程中，也是瓦斯涌出较大而容易发生瓦斯超限的时段。瓦斯涌出量与生产工序有着密切关系：移架、割煤、放顶(煤)工序的瓦斯涌出量依次为检修工序的1.29、1.52倍、1.63倍左右。采区布局和开采顺序对瓦斯涌出量也有显著影响：某一水平或区域的首采综放面开采过程中的瓦斯涌出量是该水平或该区域预测原始相对瓦斯量的2～3倍(称为瓦斯集中涌出系数K，抚顺煤矿K=1.94～3.15)。不同分层的瓦斯涌出量有较大差别：二分层瓦斯涌出量仅为首分层的1／4左右。

3 高强度开放式抽放采空区瓦斯

3.1 采空区抽放瓦斯方法及效果

3.1.1 引巷抽方法

即在工作面回风巷与开切眼交汇处掘瓦斯巷(引巷)并接设瓦斯管路和对管口加以保护进行抽放瓦斯的方法，如图2a、图2b所示。54001综放面采用此法从采空区内抽出瓦斯22.01Mm3(平均67.61m3／min)，抽出率达96.64％，采面推进距离511.9m。

3.1.2 注浆道钻孔抽放法

在平行于工作面回风巷外侧用于采空区注浆防火的专用巷道(注浆道)内，向采空区打钻抽放瓦斯，如图3a所示。7402—W综放面采用此法抽出瓦斯21.12Mm3(平均66.34 m3／min)，抽出率高达95.76％。

3.1.3 顶煤道抽放法

随采面推进先后掘出：在工作面前方回风巷内侧上山掘进(水平投影8m左右)至距工作面上方8～10m，再平行于两工作面巷道掘进长度30～50m且与采空区相通(也可打钻贯通)的专用抽放瓦斯巷道——顶煤瓦斯道，并对各段巷道外端用河砂对门充填封闭和接设穿堂管路，对采空区抽放瓦斯，如图3b所示。63006—Ⅱ、78001—I等多个综放面都曾采用此种抽出方法，在解决采面开采初期瓦斯治理的难题中起到了不可代替的作用。

3.1.4 埋管抽放法

开采前在开切眼上端埋设一趟φ325或φ426mm的瓦斯管，并对管口加以保护，抽放采空区瓦斯；随采面推进和瓦斯涌出量的增加可在距开切眼100～120m位置再埋设一趟φ250或φ219mm的瓦斯管，抽放采空区瓦斯，如图4所示。

3.1.5联合抽放法

对瓦斯涌出较大的综放面，应采用上述几种方法综合抽放采空区瓦斯。如78001—I综放面绝对瓦斯涌出量平均119.55 m3／min，最高达169.52m3／min(相对瓦斯涌出量平均77.45m3／t，最高112.13m3／t)，采用引巷、顶煤道、埋管三种方法抽放瓦斯总量6786. 49×104m3(平均100.27m3／min，最高达146.4m3／min)，抽放率平均89.06％。虽然三种方法的抽放率有较大差距(图5)，但各自都有不可替代而相互补充的作用，如，引巷抽放强度大；

顶煤道可解决开采初期瓦斯超限难题；钻场打钻和埋管抽放对处理风流瓦斯超限和上隅角瓦

斯积聚效果较好等。

3.2 不同抽放法的优缺点及适用条件

不同抽放法的优缺点及适用条件见表2。应根据采面的生产强度、瓦斯大小、仰采或俯采等具体情况，选用合适的抽放方法。采用两种以上的联合抽放方法能够取得更加理想的效果。

表2 不同抽放方法的优缺点及使用条件

3.3 现场管理与注意事项

(1)采面每推进10—15m，对上、下隅角尤其下隅角必须采取封堵措施。

(2)发现管内CO>50×10-6、O2>8％、CH4<30％或出现C2H4、C2H2情况之一时，必须调整和控制抽放能力，并立即采取相应防火措施。

(3)及时调整抽放参数，保持最佳的应抽强度。

(4)采取防止引巷发火措施。

(5)要特别注意采空区抽放瓦斯与防止采空区发火的矛盾关系，抽放措施与防火措施要同步实施，不可顾此失彼。

4 瓦斯利用

4.1 矿井瓦斯抽放概况

抚顺煤矿1952年开始抽放瓦斯，年抽放量仅为1．08×107m3，矿井抽放率也仅为12.37％。随着抽放技术和施工工艺的不断进步与完善，抽放量逐年增加，如图6所示。自1971年来，抽放量为196～280 m3／min，年抽放量都在1×108m3以上(2000年高达1．4×108m3)，目前矿井抽放率在70％以上。1952～2004年抽放总量为47.92 X108m3。

4.2 煤层瓦斯的利用与效益

4.2.1 利用简况

抚顺煤矿抽放出的瓦斯95％得到利用，主要用于工业与民用。

1)工业方面

(1)生产炭黑。1952～1978年，龙凤矿分别采用炉法、槽法和混合法生产工艺，利用6.5×108m3的煤层瓦斯生产优质炭黑87700t。

(2)生产甲醛。西露天矿采用一步法将瓦斯常压绝热氧化制取出甲醛，日产能力0.8～1．7t。

(3)瓦斯发电。老虎台矿1990年从挪威引进额定能力1500kW·h的瓦斯发电机组，用30～40m3／min的瓦斯量(浓度为40％)可发电1200kW·h。但因无配件等原因目前已停止运

行。

(4)其他。一是供玻璃厂、灯泡厂作燃料；二是为塑料厂生产塑料作原料；三是用于火药厂生产安全被筒炸药加工炒盐；四是向抚顺钢厂、电瓷厂提供燃料。

2)民用方面

目前，抚顺市有19.23万户居民利用煤层瓦其作为家庭燃料，城市煤气化率达70％。2000年以来通过新建成的管路还向沈阳市部分居民提供3000m3／h、浓度为60％的瓦斯燃料。

4.2.2 综合效益

(1)安全效益。抚顺煤矿开采过程中的瓦斯涌出量平均为32.81m3／t，最高达75.8m3／t，不抽放瓦斯或抽放效果不好根本无法开采，历史上曾多次发生过瓦斯燃爆事故。建国后尤其近几年不断改进抽放技术与工艺，重大事故基本得到控制。1907～2004年抚顺煤矿历年瓦斯事故死亡人数见表3。

(2)

250m3瓦斯即可代替1t标准煤。抚顺煤矿每年抽出瓦斯1×108m3，可折合40×104t标准煤。1952～2004年共抽瓦斯47.92×108m3，折合标准煤1916.8×104t，相当于一个30×104t矿井64年的产煤量。

(3)环境效益。每年抽出1×108m3以上的瓦斯全部利用而不排入大气，首先是避免了瓦斯对大气的直接污染及温室效应；其次，也避免了19．23万户居民烧掉96.15×104t煤炭(按每户5t/a计算)所产生的大量烟尘、垃圾及其它有害气体对城市和人体健康的恶劣影响。

4.3 问题与建议

(1)进一步提高对煤层瓦斯开发利用重要意义的认识。煤层瓦斯是威胁矿井安全的一大灾害，必须进行治理。同时，作为一种洁净能源，瓦斯有着广泛的用途，对于这两点，全社会已取得共识，并引起足够重视。但是，对煤层瓦斯排入大气造成恶劣后果的认识尚有不足。中国每年排出的瓦斯占世界总量的36．36％。国家有关部门应制定支持和鼓励煤层瓦斯勘测、回收开发和综合利用的相关政策与法规；发达国家也应按东京议定书的要求，对发展中国家提供相关技术支持与帮助。

(2)充分利用有利条件，最大限度地回收开发煤层瓦斯。抚顺煤层瓦斯开发有着许多有利条件：首先是贮量丰富(见表4)；其次，煤层较厚，煤质疏松，容易抽放；再次，有着较丰富的实践经验。今后，应加强与国内外有关部门或单位的合作，着重研究城下、厂下以及不可采煤层中的瓦斯开发利用的相关技术。