煤礦瓦斯綜合抽采技術(shù)及應(yīng)用

趙 恒

（山西晉煤集團(tuán)趙莊煤業(yè)有限責(zé)任公司通風(fēng)管理部，山西 長治 046600）

引 言

近年來，由于煤礦機(jī)械化開采水平的不斷提升，以及新型采煤技術(shù)的推廣使用，采煤效率不斷提高，速度不斷加快，煤的產(chǎn)量也逐步提高。隨著采煤深度的不斷延伸，煤層中的瓦斯含量暴增，造成了較大的安全隱患。為了消除這個安全隱患，一般在開采前進(jìn)行瓦斯抽取工作。但是單一形式的瓦斯抽取，在抽取能力和抽取效率上無法滿足瓦斯抽采的實(shí)際需求，不能保證煤礦工作面的安全開采。所以，對瓦斯抽采方法綜合采用多種手段和多種措施，才可以保證礦井的安全生產(chǎn)［1－2］。

1 煤礦瓦斯綜合抽采分類

根據(jù)煤礦瓦斯抽采不同的分類形式，抽采方法較為多樣。具體可以按照煤層的開采時間、瓦斯抽采對象、抽采方式等分類模式進(jìn)行劃分。以煤礦瓦斯抽采時間維度劃分，在每個階段再進(jìn)行詳細(xì)類型劃分，其詳細(xì)劃分方式如表1所示。

對于抽采方式的選擇，并非一個礦井窮盡所有抽采方式才是最好的，也并非窮盡所有的方式才稱作是煤礦瓦斯的綜合抽采。同時，針對不同礦井，不可能使用單一的瓦斯抽采技術(shù)來實(shí)現(xiàn)瓦斯的抽采，從而實(shí)現(xiàn)抽采的最大效率。通過綜合抽采的實(shí)施，能夠使得煤礦抽采的各個階段達(dá)到各項(xiàng)考核指標(biāo)的要求，從而保證各項(xiàng)工作的全面進(jìn)行，提高礦井的運(yùn)營效率，保障煤礦的安全生產(chǎn)［3］。

表1 煤礦瓦斯抽采方法

2 煤礦瓦斯綜合抽采作用以及抽采考核指標(biāo)

通常情況下，瓦斯綜合抽采法是指綜合利用采前、采中、采后各個時間段中不同方法有效組合的抽采方法，每個階段負(fù)責(zé)不同的抽采任務(wù)，采前抽采能夠使得采煤區(qū)域的瓦斯總量和瓦斯壓力有效降低，瓦斯壓力和含量一般應(yīng)該分別降低到0.74MPa和8m3／t；在開采過程中，使用瓦斯抽采技術(shù)能夠保證開采工作面內(nèi)的瓦斯含量快速降低，通過這種方法能夠?qū)Σ擅汗ぷ髅嫔嫌缃峭咚购窟M(jìn)行有效控制，從而保障煤礦開采工作面的開采安全。其衡量指標(biāo)為：風(fēng)速≤4m／s，工作面回風(fēng)流、上隅角瓦斯?jié)舛龋?.8%。采煤工作面的瓦斯抽采率衡量標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)瓦斯來源的不同而不同，瓦斯來源于臨近層，其抽采效果主要衡量標(biāo)準(zhǔn)是工作面瓦斯抽采率，當(dāng)Q1∈［20m3，40m3］時，η1≥40%；Q1∈［70m3，100m3］時，η1≥60%；Q1≥100m3時，η1≥70%。瓦斯來源于本采煤層，則采取開采每層可解吸瓦斯含量來判斷瓦斯抽采效果，其衡量指標(biāo)為B∈［2 501t，4 000t］時，W ≤6m3／t；B∈［6 001t，8 000t］時，W ≤5m3／t；B≥10 000t時，W≤4m3／t。開采結(jié)束后，瓦斯的主要抽采對象聚焦于頂?shù)装辶芽p內(nèi)和采空區(qū)等瓦斯?jié)舛认鄬^高的區(qū)域，并且做好瓦斯的利用工作，達(dá)到提升采煤區(qū)域瓦斯抽采利用的效果。此項(xiàng)抽采技術(shù)目前還沒有明確的考核指標(biāo)。

采煤區(qū)總回風(fēng)瓦斯的濃度可以作為評判綜合抽采的標(biāo)準(zhǔn)。其綜合評判標(biāo)準(zhǔn)為：整個礦區(qū)總回風(fēng)瓦斯?jié)舛刃∮?0.75%，Q2∈ ［40m3，80m3］時，η2≥40%，Q1∈［160m3，300m3］時，η2≥50%，Q1≥600m3時，η2≥60%。各項(xiàng)瓦斯抽采的評判指標(biāo)是瓦斯抽采的最低要求，其最終目的是能夠保證開采工作面最低抽采要求，同時，在此基礎(chǔ)上能夠使瓦斯抽采數(shù)值最大化，進(jìn)而保障了礦井開采安全。

上文中，Q1代表工作面瓦斯的涌出含量，Q2代表礦井瓦斯的涌出含量，η1和η2分別代表工作面和礦井的瓦斯抽采效率，B代表工作面的每日煤炭產(chǎn)量，W 代表采煤區(qū)煤層可以分解和吸收的瓦斯量。

3 煤礦瓦斯綜合抽采的基本方法和適用情況

綜合瓦斯抽采的基本方法和其適用條件如表2所示。

表2 綜合瓦斯抽采的基本方法和其適用條件

4 綜合抽采技術(shù)應(yīng)用案例

4.1 礦井概況介紹

本文以國內(nèi)某礦井為研究對象，該礦核定的產(chǎn)能為280萬t／a，其中，4＃、8＃、11＃為主采煤層，7＃煤層僅局部可采。4＃、8＃存在較大的瓦斯安全隱患，往年多次發(fā)生瓦斯涌出現(xiàn)象，在一處深度為500m的地下測得最大瓦斯壓力達(dá)到3.9MPa，其含量約為11.3m3／t；4＃煤層最深開采標(biāo)高為－540m～－700m，壓力為3MPa～4.5MPa，含量達(dá)到9m3／t～12m3／t，7＃煤層分為3個采煤區(qū)，往年無瓦斯突出危險。根據(jù)2017年對礦井內(nèi)工作面瓦斯鑒定報告顯示，該礦井內(nèi)部工作面的瓦斯總涌出量為14m3／min，當(dāng)前礦井內(nèi)部存有永久抽采系統(tǒng)1套，井下可移動抽采設(shè)備2套。

4.2 綜合抽采方案

根據(jù)上文中討論的抽采劃分原則，制定以下抽采方案。

在礦井可采區(qū)域內(nèi)采用保護(hù)層開采技術(shù)，并對8＃煤層選用底板巖巖巷網(wǎng)格式向上穿層鉆孔發(fā)進(jìn)行抽采工作，這種方式能夠快速有效地降低該層的瓦斯量，最大限度地消除危險性。在不可采區(qū)域，使用預(yù)抽煤層瓦斯技術(shù)對瓦斯進(jìn)行抽采，能夠保障煤層工作面的快速有效采掘。詳細(xì)方法如表3所示。

表3 綜合抽采方案表

通過對8＃煤層以及4＃煤層的實(shí)際抽采效果進(jìn)行對比，如表4所示。

表4 煤層抽采效果對比表

5 實(shí)施效果

通過對煤層綜合抽采技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用，極大地提升了礦井瓦斯抽采量，煤礦采煤安全生產(chǎn)得到較為明顯的改善。2017年，煤礦平均瓦斯抽采率達(dá)到65%，累計(jì)抽取瓦斯量2 300萬m3，礦井并未出現(xiàn)瓦斯的超限現(xiàn)象，滿足了瓦斯的安全高效開采，安全煤炭采掘達(dá)到290萬t。