煤礦瓦斯治理“先抽后采”技術的應用

馬 威

（六枝工礦（集團）恒達勘察設計有限公司，貴州 六盤水 553400）

每年我國因為煤礦瓦斯爆炸造成的人員傷亡事件較多，采礦業(yè)的安全管理技術的應用成為行業(yè)內普遍關注的話題。隨著人們對于一次性能源需求的不斷攀升，而瓦斯作為熱值系數高，使用范圍廣及使用周期較大的能源，在日常生活中使用廣泛。但在瓦斯開采過程中，由于開采施工技術及安全管理責任體制落實不到位，會發(fā)生瓦斯爆炸的現(xiàn)象。為保證采礦作業(yè)的安全性，防止瓦斯事故的頻發(fā)發(fā)生，提出了“先抽后采”的施工工藝，優(yōu)先使用區(qū)域性瓦斯治理的方法，為改善開采施工環(huán)境，保障開采技術人員的人身安全提供了技術保障。

1 “先抽后采”的理論概念及相關概述

“先抽后采”的理論概念是在本世紀初，在認真總結了我國煤礦開采安全管理工作經驗的過程中提出的，目的是為了建立長效的安全管理制度，并以瓦斯防治工作為實踐目的，體現(xiàn)以預防為主、治本為策的技術應用理念。從我國實際事故發(fā)生的原因、解決措施及預防措施方面，對“先抽后采”的開采技術理念進行分析。煤層瓦斯不宜在采前進行抽放，因此在采挖的過程中，應結合瓦斯釋放量的大小，根據開挖煤層的具體施工條件，制定合理的開采流程，并防止產生煤和瓦斯突然噴出的現(xiàn)象。

2 某煤礦瓦斯抽放系統(tǒng)建設現(xiàn)狀

某煤礦的瓦斯抽放系統(tǒng)正常運行在1975年，經過40多年的發(fā)展，瓦斯抽放量和對應的鉆孔水量不斷增加，如今已可達到1200萬m3/a，鉆孔數量也能夠達到2400個。某煤礦在瓦斯抽放系統(tǒng)中，共建有兩套永久性的系統(tǒng)結構，基本能夠滿足當地及周邊區(qū)域的能源使用。在綜采面的個數上含有2個，可以覆蓋整個采集區(qū)域的75%。建有3套可移動狀態(tài)的瓦斯抽放系統(tǒng)，可保證充足的流量和使用性能穩(wěn)定的瓦斯。

反觀我國瓦斯“先抽后采”工藝發(fā)展歷程看，我國大部分的煤層具有低透氣性，且結合“三性”特征，其在多數的煤層透氣性系數的計算中，往往采用的是10-3～10 m2/（MPa2·d）。從國際范圍上分析，美國在瓦斯采氣技術上具有領先水平，我國借鑒美國煤層開采技術，鉆井超過200余口，在壓裂的單井短期的穩(wěn)產中3 km3/d，與美國的單井平均產量為20 km3/d相差甚遠，收獲的商業(yè)價值較小。

3 “先抽后放”瓦斯抽取作業(yè)的建立

3.1 盆底區(qū)瓦斯預抽工作的建立

某煤礦礦產總量逐年上升，因此采礦區(qū)域逐步向深部縱向挖采，尤其是深入到盆底區(qū)以來，煤層厚度達到10~17 m，瓦斯賦存系數持續(xù)攀升，可達到8~13 m3/（15#，18#煤層），由于瓦斯量的增多，嚴重導致瓦斯開挖過程中存在的安全風險系數加大。

在盆底區(qū)煤層瓦斯開采作業(yè)中，以15#煤層為例，主要結合預抽鉆孔和抽放瓦斯為主要開采手段，隨著施工進程的展開，在每年的預抽系統(tǒng)鉆孔和抽放機道的挖取中，一共形成了5條橫向機道，分別為—180、—210、—225、—247 和—280 機道，按照煤層分布，在15#，18#煤層分布了1~3段的機道，這5條機道都位于18#煤層的下方，且距離煤層的底板較近，大約為5~20 m的間距。根據機道的位置，可以進行有效的鉆孔布局，每個機道可布置10個鉆孔，鉆孔與水平面之間的仰角為15°~25°。這種先抽的瓦斯開采方式，能夠減小瓦斯開采過程中的壓力，起到瓦斯泄壓的作用。鉆孔抽放布置圖如下圖1所示。

圖1 18#煤層抽放系統(tǒng)中鉆孔布置圖

3.2 穿層瓦斯預抽鉆孔及鄰近層的瓦斯卸壓

本煤礦中的主要煤層15#，18#兩者之間的水平間距在35 m以內，11 m以上，在18#煤層中含有巷道，因此應充分的結合高鉆孔的施工進行上下兩排的鉆孔，下層的角度應與水平位置保持在20°以內，而鉆孔的仰角應在32°以內，不同的仰角，能夠提升煤層分布的均勻性，同時結合抽放系統(tǒng)的作用，減小整體系統(tǒng)結構的抽放的誤差。在抽放作業(yè)的過程中，主要結合鄰近煤層進行作業(yè)，采用穿層抽放的方式進行作業(yè)。

在實際開采作業(yè)過程中，應充分結合煤礦的開采環(huán)境，結合煤層的距離和種類，采取多種抽放瓦斯的方法進行采取，主要以穿層鉆孔、平行和交叉鉆孔為主，其中在采空區(qū)抽放的技術應用中，分為一分段一分層進行抽放，瓦斯體積分數數值為14%，流量數值為27.5 m3/min。

4 煤礦瓦斯“先抽后采”技術及施工工藝應用前景

在瓦斯抽放技術應用中，本煤層預抽在20世紀中葉就已經得到廣泛的應用，高透性的煤層結構，使得預抽的煤層系統(tǒng)得到了高體積的瓦斯分數，其中數值上達到了80%~90%。以此，提供了穩(wěn)定性的可靠資源，確保了整體礦區(qū)煤層結構向深部發(fā)展的穩(wěn)定性及安全性應用。

在臨近層泄壓瓦斯抽放系統(tǒng)中，在本項目中，對盆底區(qū)的—247機道往盆底區(qū)北翼進行有效的連接，解決了鄰近煤層瓦斯開采的難題。同時能有效緩解連續(xù)抽放過程中的相關瓦斯涌向的現(xiàn)象，結合鄰近層的鉆孔抽放，提升泄壓瓦斯抽放穿層技術的應。

5 結 語

綜上所述，在瓦斯開采安全治理的過程中，應首先在有條件的基礎上盡可能的采取優(yōu)先采用的原則，將區(qū)域性的瓦斯治理方法進行多樣化分析，并要強調突出危險煤層采用區(qū)域性“先抽后取”采樣方法的作用。