左明星，韓 亮

(1.中國(guó)煤炭地質(zhì)總局第一勘探局，河北 邯鄲 056000； 2.中國(guó)煤炭地質(zhì)總局一一九勘探隊(duì)，河北 邯鄲 056000)

安全問題一直都是煤炭開采過程中煤礦必須嚴(yán)肅對(duì)待的問題。瓦斯作為一種易燃易爆氣體，經(jīng)常會(huì)伴隨著煤炭開采而出現(xiàn)，對(duì)于煤炭開采以及工作人員有著相當(dāng)大的威脅，瓦斯抽采技術(shù)正是保證安全的關(guān)鍵技術(shù)之一。

本文以富源縣興路煤礦二號(hào)11081工作面為例，探討瓦斯的具體抽放工作方案，并以此為基礎(chǔ)，探討我國(guó)煤礦瓦斯抽采技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用情況。

1 進(jìn)行煤礦瓦斯抽采的意義

在我國(guó)煤礦開采過程中，常見瓦斯事故主要是以下幾種：瓦斯爆炸、瓦斯窒息、瓦斯燃燒以及煤和瓦斯突出。通常情況下，如果瓦斯含量過高，體積含量在5%～15%之間時(shí)，易出現(xiàn)瓦斯燃燒，導(dǎo)致瓦斯燃燒事故發(fā)生，同時(shí)瓦斯含量高會(huì)導(dǎo)致氧氣含量過低，當(dāng)氧氣體積含量少于12%，將使人產(chǎn)生呼吸困難，嚴(yán)重會(huì)導(dǎo)致死亡。另外，瓦斯是一種能源氣體，如果進(jìn)行露天排放，不僅是浪費(fèi)，更會(huì)造成環(huán)境污染，加劇溫室效應(yīng)發(fā)生。因此，進(jìn)行瓦斯抽采不僅能實(shí)現(xiàn)礦井高產(chǎn)高效安全生產(chǎn)，保障職工的生命安全，而且能達(dá)到合理利用瓦斯，解決能源緊缺問題，保障我國(guó)能源安全和社會(huì)穩(wěn)定都有著重要的工程實(shí)用價(jià)值和理論指導(dǎo)意義，具有較強(qiáng)社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

2 煤礦瓦斯抽采技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r介紹

煤礦瓦斯抽采技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展，是煤礦開采能夠順利進(jìn)行的保障，對(duì)于瓦斯抽采技術(shù)的研究一直都是相關(guān)行業(yè)關(guān)注重點(diǎn)，有著重要的意義。通常來說，我們把煤礦瓦斯抽采技術(shù)的發(fā)展分成了四個(gè)階段。

①高透氣性的煤礦瓦斯抽采。這一階段是在50年代初期，采用的方法是，其作用對(duì)象為高透氣性的較厚煤層，第一次嘗試是在撫順，其作用非常顯著，降低了該礦繼續(xù)向深部開采可能面臨的瓦斯風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)，抽取的瓦斯通過合理的手段轉(zhuǎn)化成為人們可以使用的能源。

②鄰近層的卸壓瓦斯抽采[1]。這一階段主要是運(yùn)用穿層鉆孔抽采技術(shù)，50年代中期在陽泉礦區(qū)進(jìn)行第一次應(yīng)用，這一技術(shù)對(duì)于進(jìn)行煤層群開采的煤礦瓦斯涌出問題有著很好的防范效果，60年代普遍使用了此項(xiàng)技術(shù)。

③強(qiáng)化抽采低透氣性煤層瓦斯。之前技術(shù)只是在透氣性較好煤層中應(yīng)用效果才能更好，如透氣性差，其效果有著明顯下降，針對(duì)這一情況，技術(shù)人員對(duì)瓦斯抽采技術(shù)進(jìn)行了各種強(qiáng)化研究，出現(xiàn)了煤層注水、水力壓裂及交叉布孔等強(qiáng)化方式，效果較好[5]，但是還需要進(jìn)行多項(xiàng)的實(shí)驗(yàn)認(rèn)證，因成本過高等原因，目前暫未推廣使用。

④綜合抽采。就是對(duì)于各種瓦斯抽采技術(shù)的綜合使用，涉及到的技術(shù)有采前預(yù)抽及采后抽采，還有卸壓鄰近層的瓦斯抽采，將這些技術(shù)綜合在一起，對(duì)煤礦瓦斯進(jìn)行全程控制抽采，大大的提升了瓦斯抽采的效率、效果[2]。隨著煤礦開采技術(shù)的快速發(fā)展，對(duì)于瓦斯抽采技術(shù)要求越來越高，只有實(shí)行瓦斯抽采技術(shù)的綜合應(yīng)用，才能應(yīng)對(duì)快速開采下煤礦瓦斯帶來的諸多新問題。

3 11081工作面瓦斯抽采

3.1 工作面概況

云南省富源縣興路煤礦位于富源縣城190°方向，直距約23 km，地處富源縣墨紅鎮(zhèn)境內(nèi)。礦區(qū)呈不規(guī)則多邊形，呈南北向展布，位于補(bǔ)木勘區(qū)西側(cè)邊界附近。與該礦相鄰的礦有：北東面為補(bǔ)木煤礦，東面為雙福煤礦，南東面的沿河煤礦與本礦毗鄰；南面的東興煤礦。該礦區(qū)主要含煤地層為二疊系上統(tǒng)龍?zhí)督M、長(zhǎng)興組，共含可采煤層7層，M7、M9、M11、M16、M21、M22、M23均屬全區(qū)穩(wěn)定至較穩(wěn)定煤層。

興路煤礦目前主要開采M7、M9煤，M7煤層位于龍?zhí)督M上部，M9煤層之上，距M9煤層平均間距17～18 m。M7煤層層位穩(wěn)定、厚度穩(wěn)定，一般厚度1.5～2.1 m，平均厚度1.8 m,屬中厚煤層,是礦區(qū)內(nèi)主要可采煤層，煤層走向近南北、傾向北西，煤層傾角0°～5°。

110801工作面是M7煤層第一采區(qū)第四塊工作面，北部為保安煤柱，南鄰110802采空區(qū)，東鄰110803采煤工作面，西鄰礦界。工作面的整體長(zhǎng)度為456 m，傾斜面長(zhǎng)度為147.5m，全部回采面積171 916.56 m2，工作面標(biāo)高1 740～1 742 m；地表主要為山地，無其他建筑設(shè)施。

3.2 工作面瓦斯賦存情況及抽采量計(jì)算

11081采煤工作面煤層的平均原始瓦斯含量是8.48 m3/t，在回采期間，工作面相對(duì)瓦斯涌出量預(yù)計(jì)將達(dá)到15.35 m3/t，絕對(duì)瓦斯涌出量預(yù)計(jì)為4.37 m3/min。抽采量計(jì)算如下。

①M(fèi)7煤層抽采量。按15萬t改擴(kuò)設(shè)計(jì)預(yù)算，礦井在開采M7煤層時(shí)，對(duì)回采工作面來說，他的相對(duì)瓦斯涌出量將達(dá)到15.35 m3/t，絕對(duì)瓦斯涌出量4.37 m3/min，M9煤層原始瓦斯含量為8.48 m3/t，11081工作面的煤炭?jī)?chǔ)量經(jīng)計(jì)算是17.19萬t，參考區(qū)域抽采規(guī)范，設(shè)定水平煤層控制巷道輪廓線外15 m，經(jīng)過計(jì)算，需要進(jìn)行抽取的范圍內(nèi)煤炭?jī)?chǔ)量達(dá)到21.37萬t，瓦斯儲(chǔ)量為213 687.99×8.48=1 812 074.155 m3。采取的抽采方案是，預(yù)抽結(jié)合邊采邊抽進(jìn)行，瓦斯抽采率假定為50%，回采工作面需抽取瓦斯1 812 074.155×0.5=906 037.08 m3。

②M9抽采量。M9煤層瓦斯的預(yù)抽，與M7煤層回采工作面機(jī)、風(fēng)巷掘進(jìn)工作一起進(jìn)行。M9煤層原始瓦斯含量13.58 m3/t，在11081工作面范圍內(nèi)M9煤層煤炭?jī)?chǔ)量是32.28萬t，根據(jù)區(qū)域抽采規(guī)范規(guī)定，設(shè)定水平煤層控制巷道輪廓線外15 m，那么需要進(jìn)行預(yù)抽的工作面內(nèi)的煤炭?jī)?chǔ)量是40.13萬t，瓦斯儲(chǔ)量是401 292×13.58=5 449 545.36 m3。假設(shè)M7煤層下鄰近層M9煤層抽采率為30%，那么這些層面的瓦斯預(yù)抽量就是5 449 545.36×0.3=1 634 863.608 m3。

③合計(jì)抽采量。經(jīng)過計(jì)算，11081工作面掘進(jìn)區(qū)間需要抽取的瓦斯總計(jì)2 540 900.688 m3，這是M7、M9煤層預(yù)抽量的綜合。(備注：包括工作面開采期間上隅角抽采量)

3.3 工作面瓦斯抽采鉆孔設(shè)計(jì)

①采前預(yù)抽工作面M7煤層瓦斯。要進(jìn)行工作面瓦斯預(yù)抽，首先在采煤工作面機(jī)巷和回風(fēng)巷內(nèi)設(shè)計(jì)一排鉆孔進(jìn)行瓦斯抽取，其鉆孔間隔是3 m。鉆孔和巷道底板的距離是1.0～1.2 m，鉆孔的傾角和煤層傾角一致，鉆孔的長(zhǎng)度要參考工作面傾斜長(zhǎng)度進(jìn)行計(jì)算。使用的設(shè)備是ZY-750型液壓鉆機(jī)，其配備的有φ42 mm鉆桿和φ75 mm的鉆頭，鉆孔封孔深度在8 m以上，封孔后并入礦井高負(fù)壓抽放系統(tǒng)，對(duì)煤層進(jìn)行瓦斯的抽采。

②下鄰近層M9煤層瓦斯抽采。在進(jìn)行M7煤層采煤工作面鉆場(chǎng)的布置、機(jī)巷和回風(fēng)巷施工的同時(shí)，向M9煤層施工穿層鉆孔，鉆孔布置網(wǎng)格10 m×15 m，穿層孔鉆透整個(gè)M9煤層，終孔至M9煤層底板0.50 m以上，封孔后并入礦井高負(fù)壓抽放系統(tǒng)。

③先抽后掘。進(jìn)行掘進(jìn)時(shí)，需進(jìn)行超前鉆孔，對(duì)煤層中瓦斯進(jìn)行抽采，首先要進(jìn)行巷道迎頭施工鉆場(chǎng)超前預(yù)抽，要求超前探鉆80 m、允掘60 m預(yù)抽，設(shè)定超前20 m為安全屏障。抽放鉆孔應(yīng)達(dá)到控制瓦斯突出煤層巷道范圍，大約進(jìn)入上、下幫15 m，一般在10～15 d抽放后，進(jìn)行瓦斯抽采效果，合格后進(jìn)行掘進(jìn)工作，要注意指標(biāo)的預(yù)測(cè)，一旦超標(biāo)就要進(jìn)行抽采。

④抽放采空區(qū)瓦斯。開采煤層后，受到采動(dòng)的影響，煤層的底板和頂部變形造成的裂縫間隙，使得附近煤層的瓦斯卸壓釋放，隨采空區(qū)域流向工作面，遇到風(fēng)流被稀釋之后排出去，瓦斯量在采空區(qū)域流量較大時(shí)，隅角瓦斯很容易超限，因此及時(shí)對(duì)采空區(qū)域進(jìn)行抽采。抽采的方式有很多種，目前常使用的有半封閉和全封閉兩種形式的采空區(qū)瓦斯抽采方法。

半封閉采空區(qū)瓦斯抽采[3]：這種形式的采空區(qū)會(huì)隨著工作面回采工作的進(jìn)行而增大，或是存在于回采工作面后方區(qū)域，稱為半封閉采空區(qū)。其使用的抽采方式包括：向冒落拱上方打鉆孔抽采、埋管抽采、采空區(qū)打鉆抽采、頂板抽采巷抽采以及地面鉆孔抽采。通常使用比較多的是埋管抽采法，這種方式對(duì)井巷工程的工作量影響很小(圖1)。

全封閉采空區(qū)瓦斯抽采[4]：在工作面或礦井已經(jīng)完成開采，整個(gè)采空區(qū)處于封閉狀態(tài)的瓦斯抽采稱為全封閉采空區(qū)瓦斯抽采，興路煤礦二號(hào)井是擴(kuò)建的礦井，隨著生產(chǎn)采空區(qū)的面積不斷擴(kuò)大，采空區(qū)瓦斯?jié)舛葘⒃龈呱踔習(xí)霈F(xiàn)泄漏，全封閉采空區(qū)選用插管抽采就能大大減少瓦斯的外泄(圖2)。

圖2 采空區(qū)插管抽放瓦斯Figure 2 Gas drainage through worked out area inserted pipelines

3.4 施工安全措施

①在鉆孔作業(yè)中，安全責(zé)任人當(dāng)班班長(zhǎng)在每班開始工作前，必須做到安全確認(rèn)，發(fā)現(xiàn)異常必須立即回報(bào)并處理。

②所有工人必須嚴(yán)格按照《井下鉆探操作規(guī)程》進(jìn)行操作施工。

③保證線路設(shè)備保護(hù)裝置齊全、線路通行無障礙，設(shè)備放置必須合理、平穩(wěn)，管理維護(hù)好各種機(jī)電設(shè)備，定期檢修、維護(hù)。

④完善接地系統(tǒng)，禁止使用鋁接頭連接地線，不得串聯(lián)接地。

⑤工作期間，瓦斯或二氧化碳濃度如超過0.8%和1.5%的限定濃度，須立即停止作業(yè)，電動(dòng)機(jī)及其開關(guān)附近20 m范圍內(nèi)風(fēng)流中，瓦斯?jié)舛瘸^0.8%須停止作業(yè)，并斷電和撤走工作人員。

⑥現(xiàn)場(chǎng)周圍必須設(shè)置通訊設(shè)備。

4 結(jié)論

目前煤礦瓦斯抽采技術(shù)已經(jīng)形成了較為成熟的應(yīng)用體系，在瓦斯抽采過程中，工作面瓦斯量分析、瓦斯抽采鉆孔設(shè)計(jì)、施工安全措施制定等環(huán)節(jié)須制定專門規(guī)章制度，有效保障瓦斯抽采工作的順利進(jìn)行。并在實(shí)際工作中不斷細(xì)化，針對(duì)不同礦井制定不同瓦斯抽采細(xì)則，提升具體礦井的瓦斯抽放效率和安全系數(shù)。