芻議瓦斯抽采率及其計算方法

郝海金

我國95%以上的煤炭為井工開采，國有煤礦中，約50%的礦井為高瓦斯、煤與瓦斯突出礦井，開采深度大，地質(zhì)條件復(fù)雜，煤層瓦斯壓力大、含量高，煤層透氣性低，瓦斯已經(jīng)成為煤礦重特大事故發(fā)生的主要根源;同時，瓦斯還是很強(qiáng)的溫室氣體，排入大氣中會促使地球表面變暖，導(dǎo)致許多自然災(zāi)害的發(fā)生，但另一方面，瓦斯又是高發(fā)熱量的潔凈能源和優(yōu)質(zhì)化工原料，是社會發(fā)展急需的優(yōu)質(zhì)資源。因此，國家把瓦斯抽采工程視為生命工程和資源工程。

為了推進(jìn)和規(guī)范礦井瓦斯抽放工作，進(jìn)一步落實(shí)先抽后采的安全生產(chǎn)方針，加強(qiáng)瓦斯抽放技術(shù)管理，提高瓦斯抽放效果，有效遏制煤礦瓦斯重特大事故發(fā)生，國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局于2006年提出并發(fā)布了《煤礦瓦斯抽采基本指標(biāo)》(AQ1026－2006)、《煤礦瓦斯抽放規(guī)范》(AQ1027－2006)等一系列相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，有力地促進(jìn)了全國煤礦的瓦斯抽放工作，但是在貫徹落實(shí)這些標(biāo)準(zhǔn)過程中，發(fā)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)中仍有不盡人意的地方，不能很好地指導(dǎo)現(xiàn)場的安全生產(chǎn)。

1 概念問題

在相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中存在不能統(tǒng)一的名詞和定義，很容易在實(shí)際應(yīng)用中發(fā)生誤解。比如：《煤礦瓦斯抽采基本指標(biāo)》和《煤礦瓦斯抽放規(guī)范 》，標(biāo)準(zhǔn)名稱上就有兩個概念即“瓦斯抽采”和“瓦斯抽放”。那么什么是“瓦斯抽采”，什么是“瓦斯抽放”，這兩者有什么區(qū)別，沒有明確的解釋。在《煤礦瓦斯抽放規(guī)范》中對“瓦斯抽放”的定義是：采用專用設(shè)備和管路把煤層、巖層和采空區(qū)中的瓦斯抽出或排出的措施。但對什么是“瓦斯抽采”沒作任何解釋。但在《煤礦瓦斯抽采基本指標(biāo)》中計算抽采率所用的公式與《煤礦瓦斯抽放規(guī)范》中所用的計算公式完全一樣，使人無法理解“瓦斯抽采”和“瓦斯抽放”的區(qū)別。實(shí)際上“瓦斯抽采”與“瓦斯抽放”沒有本質(zhì)上的區(qū)別，“瓦斯抽采”強(qiáng)調(diào)要把瓦斯作為一種資源采出來加以利用，而不是作為有害的氣體抽出放掉。

2 指標(biāo)問題

1)兩個標(biāo)準(zhǔn)相互存在不相吻合之處。按照《煤礦瓦斯抽放規(guī)范》，如果不是開采煤與瓦斯突出危險煤層，當(dāng)?shù)V井年產(chǎn)量等于或小于0.4 Mt，其瓦斯絕對涌出量大于15 m3/min時，才必須抽放;但《煤礦瓦斯抽采基本指標(biāo)》規(guī)定，當(dāng)?shù)V井絕對瓦斯涌出量小于20 m3/min時，其礦井抽采率就要大于25%，很顯然，這兩個標(biāo)準(zhǔn)存在不一致的地方。

2)礦井瓦斯抽采率只反應(yīng)礦井抽出瓦斯與礦井風(fēng)排瓦斯的比例關(guān)系，不能反應(yīng)經(jīng)過抽采后煤層中實(shí)際瓦斯含量的狀況?！睹旱V瓦斯抽采基本指標(biāo)》規(guī)定：在瓦斯抽采站的抽采主管上安裝瓦斯計量裝置，測定礦井每天的瓦斯抽采量。礦井瓦斯抽采量包括井田范圍內(nèi)地面鉆井抽采、井下抽采(含移動抽采)的瓦斯量，每月底按式(1)計算礦井月平均瓦斯抽采率(ηk)。

式中：

ηk─礦井月平均瓦斯抽采率，%;

Qkc─礦井月平均瓦斯抽采量，m3/min;

Qkf─礦井月平均風(fēng)排瓦斯量，m3/min。

從式(1)可以得到的是抽出瓦斯與風(fēng)排瓦斯的比例關(guān)系，即在所有的從該礦井下出來的瓦斯總量中抽出的瓦斯量和風(fēng)排的瓦斯量的比例。這不能反映該礦瓦斯抽出開展的好壞以及目前該礦的生產(chǎn)是否符合國家的有關(guān)規(guī)定，即將煤層瓦斯的含量降到一定程度以下。舉例說明：

某礦井有4個盤區(qū)，2個正在生產(chǎn)，1個盤區(qū)已經(jīng)準(zhǔn)備出來，正在井下進(jìn)行抽出，1個盤區(qū)還沒有準(zhǔn)備，而在地面打鉆孔進(jìn)行抽放。按照該標(biāo)準(zhǔn)，3盤區(qū)和4盤區(qū)抽出的瓦斯都將算入所謂的礦井抽采率內(nèi)，事實(shí)上，很明顯3盤區(qū)和4盤區(qū)抽出多少瓦斯與1盤區(qū)和2盤區(qū)的目前的安全生產(chǎn)關(guān)系不大，這樣的一個礦井抽采率不能反映礦井瓦斯的實(shí)際抽采情況，不能用來指導(dǎo)礦井的安全生產(chǎn)。見圖1。

圖1 礦井盤區(qū)示意圖

3)工作面瓦斯抽采率計算中存在的不足。《煤礦瓦斯抽采基本指標(biāo)》規(guī)定：工作面回采期間，在采面瓦斯抽采干管上安裝瓦斯計量裝置，每周測定工作面瓦斯抽采量(含移動抽采)。每月底按式(2)計算工作面月平均瓦斯抽采率(ηm)。

式中：

ηm─工作面月平均瓦斯抽采率，%;

Qmc─回采期間，工作面月平均瓦斯抽采量，m3/min;

Qmf─工作面月平均風(fēng)排瓦斯量，m3/min。

工作面開采初期，瓦斯鉆孔多，抽出的瓦斯量大，此時所謂的工作面抽采率大，隨著工作面的推進(jìn)，瓦斯抽出鉆孔越來越少，抽出的瓦斯量也越來越少，而工作面的風(fēng)量變化不大，這樣工作面的抽采率會越來越小，這樣就很難達(dá)到《煤礦瓦斯抽采基本指標(biāo)》規(guī)定的“工作面絕對瓦斯涌出量大于5 m3/min，瓦斯抽采率超過20%的要求”。

事實(shí)上，隨著工作面的回采，瓦斯鉆孔抽出的時間也越來越長，工作面煤層中的瓦斯比較低，特別是到工作面將近結(jié)束時，通風(fēng)最為容易，但得到的瓦斯抽采率卻是最低的，顯然與實(shí)際生產(chǎn)情況不符，不能很好地反映工作面實(shí)際的瓦斯涌出狀況。

3 抽采率指標(biāo)計算方法滯后

標(biāo)準(zhǔn)中抽采率指標(biāo)的計算方法存在明顯的滯后性，不能起到指導(dǎo)生產(chǎn)的作用。按照《煤礦瓦斯抽采基本指標(biāo)》的規(guī)定，無論是礦井瓦斯抽采率還是工作面的瓦斯抽采率的計算都是以礦井或工作面生產(chǎn)過程中所測量到的瓦斯抽采量和風(fēng)排瓦斯量為基本數(shù)據(jù)計算得到的。如果計算的結(jié)果，礦井或工作面的瓦斯抽采率不能達(dá)到《煤礦瓦斯抽采基本指標(biāo)》的要求，那就需要停產(chǎn)，單獨(dú)進(jìn)行一段時間的抽采，以滿足抽采率指標(biāo)的要求。這勢必會影響正常的均衡生產(chǎn)，不能提前指導(dǎo)安全生產(chǎn)的作用。

4 建議

1)采用“瓦斯抽出”的概念。建議仍采用“瓦斯抽出”的概念，把“瓦斯抽出”定義為：用專用設(shè)備和管路把煤層、巖層或采空區(qū)中的瓦斯抽出至地面的整個過程。

工作面(開采層)瓦斯抽出率(ηm)應(yīng)采用原煤炭工業(yè)部發(fā)布的《礦井瓦斯抽放管理規(guī)范》中的定義：

式中：

Qg─定時間內(nèi)開采層抽出的總瓦斯量，m3;

Wg─抽出工作面(開采層)的瓦斯儲量，m3。

則抽出后，工作面(開采層)煤層中瓦斯的含量為其原含量與抽出率的積，這樣就可知道工作面(開采層)煤層中瓦斯的含量情況，使瓦斯抽出率有了實(shí)際的指導(dǎo)意義。

2)采用“瓦斯抽排率”來代替目前通常所用的“瓦斯抽采率”或“瓦斯抽放率”。目前，標(biāo)準(zhǔn)中所用的瓦斯抽放率或瓦斯抽采率，實(shí)際上是瓦斯抽排率，即抽出瓦斯量與風(fēng)排瓦斯量之間的比例關(guān)系，不妨直接定義為瓦斯抽排率?？梢杂玫V井和工作面的瓦斯抽排率，來衡量抽出的瓦斯量與風(fēng)排的瓦斯量之間的比例關(guān)系，用來表示礦井或工作面主要依靠什么手段來解決瓦斯問題。

礦井或工作月平均瓦斯抽采率(ηm)可由下式計算：

式中：

ηm─礦井或工作面月平均瓦斯抽采率，%;

Qmc─礦井或工作面月平均瓦斯抽出量，m3/min;

Qmf─礦井或工作面月平均風(fēng)排瓦斯量，m3/min。

3)瓦斯抽采與正常的安全生產(chǎn)相結(jié)合的問題。礦井進(jìn)行瓦斯抽采主要是為了降低煤層中的瓦斯含量，使隨后的掘進(jìn)或回采順利進(jìn)行，不會產(chǎn)生瓦斯超限現(xiàn)象，既不會發(fā)生瓦斯事故，或因瓦斯問題而影響正常的安全生產(chǎn)，這才是進(jìn)行瓦斯抽采的基本出發(fā)點(diǎn)。

因此，為了更好地貫徹落實(shí)國務(wù)院辦公廳“關(guān)于加快煤層氣(煤礦瓦斯)抽采利用的若干意見”(國辦發(fā)〔2006〕47號)第5條：“煤層中噸煤瓦斯含量必須降低到規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)以下，方可實(shí)施煤炭開采。煤礦安監(jiān)局要會同有關(guān)部門組織制訂具體標(biāo)準(zhǔn)，并加強(qiáng)監(jiān)督檢查”，在制定標(biāo)準(zhǔn)時要考慮瓦斯抽采和正常生產(chǎn)相結(jié)合的問題，也就是所制定的標(biāo)準(zhǔn)對安全生產(chǎn)要有指導(dǎo)作用，不能僅僅作為事后評判礦井或工作面瓦斯抽采能否滿足要求的工具。因此，建議在修訂標(biāo)準(zhǔn)時，要充分加以考慮。