礦井瓦斯抽放系統(tǒng)效率低的原因分析和解決措施

摘 要：瓦斯治理工作一直是全國高瓦斯和煤與瓦斯突出礦井最為棘手的問題。目前井工礦井主要采取通風(fēng)排瓦斯和地面永久性瓦斯抽放系統(tǒng)抽放瓦斯的方式解決井下瓦斯問題，瓦斯抽放效率的高低制約著礦井采掘進(jìn)度和其他工作進(jìn)度。要提高瓦斯抽放效率，先要對煤礦瓦斯抽放系統(tǒng)進(jìn)行全面排查摸底，找準(zhǔn)病因，對癥下藥。針對煤礦瓦斯抽放系統(tǒng)存在的問題提出科學(xué)合理的整改方案，切實整改落實到位。文章就如何解決瓦斯抽放系統(tǒng)在抽放過程中存在的一些具體問題，探討解決辦法。

關(guān)鍵詞：礦井；瓦斯；抽放系統(tǒng)；效率

前言

我國煤炭資源豐富，但多數(shù)屬井工開采，煤礦井下環(huán)境惡劣，最常見的有害氣體——瓦斯，給人民的生命財產(chǎn)帶來巨大損失，為深刻吸取教訓(xùn)，采取切實有效的措施將井下瓦斯降低到安全濃度以下，為井下一線職工創(chuàng)造一個安全的工作環(huán)境，研究提高現(xiàn)有瓦斯抽放系統(tǒng)抽放效率變得尤為重要。

1 瓦斯抽放系統(tǒng)效率低的原因分析

（1）抽放負(fù)壓不足，導(dǎo)致抽放效果差。一是抽放泵房無水源保障，未在其附近高處建立高位水池，或水質(zhì)達(dá)不到要求，無法提供一定壓力的水源，導(dǎo)致抽放負(fù)壓過低，影響了瓦斯抽放效率；二是抽放管變徑過早，增大了管道阻力，影響了抽放效率；三是煤礦在主要管道上設(shè)置了三通或閥門，增加了管道局部阻力，降低了管道負(fù)壓；四是由于一部分鉆孔封孔達(dá)不到要求，采用的封孔材料質(zhì)量差，或封孔長度不足，導(dǎo)致部分巷道風(fēng)量被抽放鉆孔吸入，導(dǎo)致“瓦斯流”短路和管道負(fù)壓降低。

（2）鉆場布置不合理，鉆孔深度和鉆孔密度不足，影響了瓦斯抽放效率。一是一些煤礦抽放系統(tǒng)圖上鉆場、鉆孔布置有誤，不能正確指導(dǎo)井下抽放鉆場、鉆孔布置；二是部分煤礦未能結(jié)合井下地質(zhì)情況的變化靈活布置鉆場或鉆孔，一味地按圖施工，導(dǎo)致局部區(qū)域瓦斯抽放效率低；三是部分煤礦未嚴(yán)格按設(shè)計布置鉆場和鉆孔，鉆孔深度和密度達(dá)不到設(shè)計要求。

（3）開拓開采布置不合理，未嚴(yán)格執(zhí)行兩個“四位一體”防突措施。一是少數(shù)煤礦未嚴(yán)格執(zhí)行區(qū)域預(yù)防措施，開采混亂，采肥丟瘦，只采好煤厚煤，不采差煤薄煤，導(dǎo)致礦井開拓開采系統(tǒng)和通風(fēng)系統(tǒng)極為復(fù)雜，通風(fēng)系統(tǒng)不可靠；二是少數(shù)煤礦未采取先開采解放層的區(qū)域防突措施，幾層煤同時開采，措施不完善，執(zhí)行不到位。

（4）瓦斯抽放系統(tǒng)和抽放鉆孔管理不善，導(dǎo)致抽放效果差。一是抽放時間短。瓦斯抽放率隨抽放時間延長而增大。因富源縣境內(nèi)煤礦煤層透氣性較差，部分礦井還不同程度地存在采掘失調(diào)現(xiàn)象，回采工作面預(yù)抽瓦斯的時間普遍不足，最長為10個月，最短的僅2個月，平均預(yù)抽時間只有5個月左右。二是鉆孔工程量不足。抽放鉆孔具有輸排瓦斯和提高煤層透氣性的雙重作用。鉆孔工程量不足是導(dǎo)致瓦斯抽放率偏低的主要原因之一?；夭晒ぷ髅鎳嵜侯A(yù)抽鉆孔長度最多為0.04m，最少只有0.0065m，平均僅為0.018m。三是封孔質(zhì)量差?？椎壮榉咆?fù)壓具有引流瓦斯和強制瓦斯解吸的功效、封孔質(zhì)量的好壞直接關(guān)系到瓦斯抽放效果的好壞。目前，富源縣大部分礦井瓦斯抽放仍然采用黃泥或水泥砂漿封孔，封孔短且密封質(zhì)量較差。四是抽放系統(tǒng)能力不匹配。一部分礦井瓦斯抽放泵能力不足，極限抽放流量小，真空度低，不足以克服抽放管道沿程阻力；部分礦井瓦斯抽放泵能力雖然較大，但選用的抽放支管甚至主干管管徑太小，抽放泵產(chǎn)生的負(fù)壓絕大部分消耗在抽放管道的沿程阻力上。五是管理不到位。瓦斯抽放管理不到位是造成煤礦瓦斯抽放效果差的重要原因。主要表現(xiàn)為：一些煤礦沒有專門的瓦斯抽放隊伍；鉆孔施工質(zhì)量缺乏監(jiān)管，不按設(shè)計施工抽放鉆孔，虛報鉆孔長度；抽放系統(tǒng)不按規(guī)定安設(shè)計量裝備、監(jiān)測設(shè)施和放水器；未進(jìn)行抽放系統(tǒng)的定期維護(hù)和檢漏等。

（5）煤礦業(yè)主認(rèn)識不到位，消積應(yīng)對，投入不足，防突機(jī)制和體系不完善。一是煤礦防突隊伍專業(yè)技術(shù)業(yè)務(wù)不強，業(yè)務(wù)內(nèi)容不明確，責(zé)任落實不到位，學(xué)習(xí)培訓(xùn)不足，煤礦防突機(jī)構(gòu)不健全，人員配備不足，部分防突人員為兼職人員；二是多數(shù)煤礦未按要求做好防突工作中的各種參數(shù)記錄，檢測儀器儀表配備不足，無法分析抽放效果和進(jìn)行防突效果檢驗；三是煤礦業(yè)主瓦斯治理主體責(zé)任落實不到位，受市場影響，煤礦效益銳減，投資信心不足，采取消積、被動的方式應(yīng)對政策變化，對瓦斯危害認(rèn)識不足，在瓦斯治理上抱著等待觀望、能省就省、有跟沒有一個樣的消積態(tài)度。

2 解決措施探討

（1）根據(jù)煤層瓦斯含量、瓦斯壓力、煤層透氣性系數(shù)、瓦斯放散初速度和煤層堅固性系數(shù)測定值，委托有資質(zhì)的部門進(jìn)行瓦斯抽放系統(tǒng)設(shè)計，合理選擇高壓、低壓瓦斯抽放設(shè)備、抽放管道及抽放系統(tǒng)附屬設(shè)施設(shè)備。抽放泵高位水池水壓滿足要求。

（2）降低抽放管道阻力可以大幅提高瓦斯抽放效率。由hf=

9.81q2△l/kd5（hf為管道阻力；q為管道內(nèi)瓦斯流量；△為管道內(nèi)壁摩擦系數(shù)；l為管道長度；k為瓦斯涌出不均衡系數(shù)；d為管道直徑）公式可知，管道直徑和管道長度是決定管道阻力的兩個重要因素，管道直徑越大，阻力越小，管道長度越短，阻力越小。在瓦斯抽放系統(tǒng)設(shè)計時，應(yīng)根據(jù)煤礦瓦斯測定參數(shù)、礦井瓦斯地質(zhì)條件合理選擇瓦斯抽放泵，適當(dāng)增大抽放管道直徑，礦井開拓系統(tǒng)應(yīng)盡可能縮短回風(fēng)巷道長度，減小抽放管道阻力。我國陽泉礦所做的抽放管道變徑試驗表明，預(yù)抽瓦斯直徑由Φ73mm增加到Φ300mm，抽出瓦斯量約贈大3倍。

（3）預(yù)抽煤層的鉆孔瓦斯抽放量隨鉆孔穿入煤體深度的增大而增加。因此，穿層鉆孔應(yīng)盡量穿透煤層全厚，順層鉆孔應(yīng)盡量打長鉆孔。

（4）加大鉆孔直徑可以降低鉆孔阻力，還可以有效增加鉆孔暴露面積，增大瓦斯抽出量。多數(shù)國家都在嘗試增加抽放鉆孔直徑來提高瓦斯抽放效率。

（5）根據(jù)瓦斯含量、瓦斯壓力、煤層透氣性系數(shù)、瓦斯放散初速度和煤層堅固性系數(shù)，合理確定抽放鉆孔密度，是提高瓦斯抽放效果的有效途徑，適當(dāng)加大鉆孔密度，可以提高瓦斯抽放率。

（6）提高煤層透氣性是增加瓦斯抽出量的關(guān)鍵因素。提高透氣性的措施包括水力壓裂、水力破裂、水力割縫、深孔爆破、酸液處理和交叉鉆孔等措施。我國陽泉、紅衛(wèi)等礦都曾做過水力壓裂試驗，煤層透氣性明顯改善。

（7）加強瓦斯抽放系統(tǒng)日常維護(hù)與管理。一是要完善瓦斯治理機(jī)構(gòu)建設(shè)，配齊相應(yīng)的專業(yè)技術(shù)管理隊伍，建立健全瓦斯治理體制機(jī)制，完善管理制度，認(rèn)真組織貫徹落實；二是要做好防突工作中的各種參數(shù)記錄，配足檢測儀器儀表，定期分析瓦斯抽放效果和進(jìn)行防突效果檢驗；三是煤礦業(yè)主要認(rèn)真落實瓦斯治理主體責(zé)任，嚴(yán)格按規(guī)定提取瓦斯治理專項資金，專項用于瓦斯治理；四是加強抽放設(shè)備、抽放管道、放水器、管道閘伐、儀器儀表的日常維護(hù)和保養(yǎng)，發(fā)現(xiàn)問題及時解決。