1、煤矿瓦斯抽放技术摘要：本文通过对煤矿瓦斯抽放技术的发展及现状。重点论述了我国瓦斯抽放技术近几年的发展情况，对煤矿安全生产的重要作用以及我国瓦斯抽放常用技术装备的发展并对我国瓦斯抽放技术的发展趋势做了展望。关键词：瓦斯抽放 本煤层 邻近层 采空区Abstract: Based on the coal mine gas drainage technology development and current situation. Focuses on gas drainage technology in China in recent years, the development of the im
2、portant role of safety in coal mines as well as our gas drainage technology and equipment commonly used in the development and the development of Chinas gas drainage technology trends are put forward.Keywords: gas drainage the coal adjacent gob1. 概述 众所周知，我国是煤炭生产大国，2008年全国规模以上原煤产量26.22亿吨，位居世界第一。我国工业发
3、展能源消耗中70依赖于煤炭，可见煤炭对于我国的现代化建设起着举足轻重的作用。但是在煤炭开采生产中有很多问题制约着煤炭的开采，其中瓦斯就是一个重要难题。现在对矿井瓦斯的防治不同的条件有着不同的方法，其中瓦斯抽放技术就是以个很好的方法，瓦斯抽放不仅能有效地降低矿井瓦斯涌出量，防止煤矿瓦斯爆炸和瓦斯突出事故而且抽出的瓦斯还可以变害为利，加以利用，作为煤炭的伴生资源加以开发利用，因此世界主要产煤国对瓦斯抽放甚为重视，这就极大地促进了瓦斯抽放技术的迅速发展。1938年我国首次在抚顺矿务局龙风矿利用抽放泵进行采空区抽放，五十年代在抚顺、阳泉、天府和北票局开展矿井抽放瓦斯，五十年代末瓦斯抽放量约为 1OOM
4、m3。六十年代又相继在中梁山、焦作、淮南、包头、松藻、峰峰等局的矿井开展了抽放瓦斯工作，抽放瓦斯量达到170Mm3。70年代至90年代中期，抽放矿井数和抽放量都稳步增加。近十年来，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，因此需要抽放瓦斯的矿井越来越多，由此带动了中国煤矿瓦斯抽放技术的迅速发展，目前瓦斯抽放技术在煤矿生产中得到了普遍的推广应用。到2000 年我国共有141个矿井建立了地面永久瓦斯泵站进行抽放瓦斯，年抽放量达867 Mm3，至2002年抽放矿井数达到193个，抽放量达到1146Mm3。我国历年瓦斯抽量见图1表1我
5、国历年瓦斯抽量 Mm3年份抽放量年份抽放量年份抽放量年份抽放量1980300.01987327071994564.02001984.01981298.81988357.81995600.020021146.01982299.01989381.61996630.020031521.01983309.21990433.91997728.720041866.01984347.71991458.41998742.020052300.01985329.11992534.11999835.020061770.01986313.11993530.02000866.6注：2006年为1-6月 从上表可以看出近
6、几年我国瓦斯抽放发展很快之所以取得这样快的发展主要是政府重视煤矿安全工作，除政策、监管之外，还投入大量资金，同时带动的地方政府、企业投入更多的资金用于瓦斯抽采系统、煤矿通风系统等安全改造项目，也极大地促进了瓦斯抽放量的增加。主观上企业管理者转变了观念，提高了认识水平；客观是因为瓦斯灾害严重，一些矿区连续发生大型，特大型瓦斯爆炸事故，造成巨大损失迫使企业管理者进行深刻反思，对瓦斯抽放这一瓦斯治理措施有了充分的认识纷纷加大投资用于瓦斯抽放系统的更新改造，大大提高了抽放瓦斯的能力从而也大大改善了煤矿生产的安全状况瓦斯抽放方法方面，各专业研究单位和有关高等院校与煤矿现场协作，结合我国矿井的地质和开采条
7、件，研究和试验成功了本煤层、邻近层、采空区多种抽放瓦斯方法。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)孔等本煤层瓦斯抽放方法；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放；高冒带钻孔、埋管抽放，恤而辅前堑票率反瓦斯枘前方法。2.我国煤矿瓦斯抽放技术的发展 随着煤炭工业技术的发展，瓦斯抽放技术也得到了不断地提高和发展，我国煤矿瓦斯抽放技术，大致经历了四个发展阶段： .高透气性煤层瓦斯抽放阶段 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拄煤层瓦斯，获得了成功，解决了抚顺矿区向深部发展的安全关键问题，而且
8、抽出的瓦斯还被作为民用燃料得到了应用。 .邻近层卸压瓦斯抽放阶段 50年代中期，在开采煤层群的矿井中，采用穿层钻孔抽放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顶板收集瓦斯巷(高抽巷)抽放上邻近层瓦斯，抽放率达60-70。到了60年代以后，邻近层卸压瓦斯抽放技术在我国得到了广泛的推广应用。 .低透气性煤层强化抽瓦斯阶段 由于在我国一些透气性较差的高瓦斯煤层及突出危险煤层采用通常的布孔方式预抽瓦斯的效果不理想、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放开采煤层瓦斯的方法，如煤层注水，水力压裂，水力
9、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放量的效果，但仍处于试验阶段，没有大范围推广应用。 .综合抽瓦斯阶段 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，实施综合抽放瓦斯。所谓综合抽放瓦斯就是：把开采煤层瓦斯采前预抽、卸压邻近层瓦斯采后抽及采空区瓦斯采后抽等多种方法在一个采区
10、内综合使用，使瓦斯抽放量及抽放率达到最高。3.适合我国煤层赋存条件的典型瓦斯抽放方法 抽放瓦斯方法的选择，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，我国的煤层赋存条件决定了我国的瓦斯抽放应以卸压抽放为主，由于矿井数量众多，且煤层赋存条件复杂多样，因此，几乎所有的瓦斯抽放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放方法。 .顺层密集长钻孔抽放本层瓦斯 顺层密集长钻孔用于区域性抽放，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
11、深80m以上，孔间距3-5m，预抽时间半年以上。为提高抽放效果，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，提高本煤层瓦斯抽放的效果。经在焦作矿区及平顶山矿区开展顺层交叉钻孔抽放突出煤层瓦斯的试验，证明交叉布孔可避免由于钻孔坍塌，堵孔等影响抽放效果的现象发生，比平行钻孔抽放效果提高 1.5倍。顺层密集长钻孔及交叉钻孔预抽本层瓦斯见图2。.网格式穿层钻孔抽放本层瓦斯 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放瓦斯首先是在北票台吉矿1O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
12、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放效果，瓦斯抽放率可达到30以上。目前网格式穿层钻孔成为我国单一松软低透气性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，抽放成本较高。网格式穿层布置如图3 顶板走向长钻孔抽放邻近层瓦斯 顶板走向水平长钻孔抽放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，为解决瓦斯超限问题，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放上邻近层瓦斯。该抽放方法与顶板岩巷抽放法、顶板穿层短钻孔抽放法相比，技术
13、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。顶板走向长钻孔抽放邻近层瓦斯技术在安徽淮南、重庆、河南平顶山、辽宁阜新、铁法等20多个矿区(160个矿)推广应用，瓦斯抽放量和抽放率大幅度提高，该抽放方法为我国高瓦斯煤层群抽放探索出一条新路子，为煤炭生产实现安全高效提供了技术保障。 .厚煤层开采采空区抽放 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，进行采空区瓦斯抽放非常必要。厚煤层半封闭采空区瓦斯抽放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放或设引巷密闭插管抽放，埋管抽放法是将
14、抽放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，工作面瓦斯抽放率可达80。工作面或采区回采结束后，还可对老塘进行全封闭抽放。抚顺老虎台矿于1954年开始采空区全封闭抽放，40多年来共抽出瓦斯总量4亿多立方米。.综合瓦斯抽放 我国一些矿区的高产高效矿井在开采高瓦斯含量且有突出危险煤层时，多采用综合抽放法，即在一个工作面或采区采用多种抽放方法进行抽放。以淮南煤业集团公司潘一矿1541(3)综放工作面为例，该工作面开采煤层厚4.min，煤层原始瓦斯含量1Om3t以上，煤层有突出危险性，工作面同时采用四种瓦斯瓦斯抽放方法，见图6，顶板走向长钻孔用于抽放上邻近层瓦斯，工作面顺层水
15、平长钻孔抽放用于消除煤层的突出危险性并降低煤层瓦斯含量，上隅角插管抽放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放，提高瓦斯抽放率同时缩短抽放时间，工作面开采完毕后还要对采空区进行全封闭抽放。淮南煤业集团公司张集煤矿应用综合抽放，2002年，矿井瓦斯抽放率达到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。目前瓦斯综合抽放已在全国范围内广泛应用。4.瓦斯抽放技术装备 我国的抽放瓦斯装备随煤炭开发强度的增长，抽放瓦斯规模扩大及科技水平发展而不断完善，由原来非专用的、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放瓦斯装备。目前已有几十家专业厂家生产抽放钻机和抽放泵，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放泵。 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。瓦斯抽放管路的管材也向多样化发展，除传统的铁管及钢管外，又研究制了玻璃钢管、双抗塑料管、PVC管及其它高分子材料制成的多种瓦斯抽放专用管，新型抽放管路具有重量轻、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抽放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
