影响瓦斯抽放的因素及如何提高矿井瓦斯抽放率

申晋伟

摘要：本文对影响矿井瓦斯抽放率的几个因素进行逐一分析，研究了影响瓦斯抽放效果的诸多因素，并针对性对提高矿井瓦斯抽放率的主要途径进行了较深刻分析。

关键词：瓦斯抽放率封孔工艺抽放方法

0引言

瓦斯抽放是防治煤矿瓦斯灾害事故的根本措施，瓦斯抽放是解决和治理瓦斯的根本所在。瓦斯抽放效果的好坏关乎治理瓦斯的成败。相关科技人员经过长期实践认为矿井瓦斯抽放率主要与以下几个因素有关：即煤层瓦斯含量、透气性，抽放钻孔布置，钻孔封孔工艺，抽放系统及工作面通风方式。在相同抽放系统下，瓦斯抽出量大小与煤层瓦斯含量及涌出量，开采地质条件，瓦斯抽放工艺方法，抽放钻孔长度，通风系统，煤产量大小及工作面长度，工作面推进速度，井下煤层开拓及开采间隔时间等因素有关。

1瓦斯抽放系统对矿井瓦斯抽放效果的影响

1.1瓦斯泵的选型瓦斯泵的流量必须满足矿井抽放期间预计最大瓦斯抽出量的要求。同时，从安装和经济角度考虑，并有适当余量为原则，避免“大马拉小车”或“小马拉大车”的现象。

1.2瓦斯管网的合理布置抽放管网决定着抽放阻力的大小。抽放阻力大，系统性能低；抽放阻力小，系统性能高。管网阻力主要由管路长度、直径和管网布置所决定。管路长度负压端会受钻孔施工地点的不断增加而不断延伸，管路负压段，理论上没有长度的限制，但管路的正压端排气管，在确保安全的情况下，应尽量缩短。实际井下抽放系统中，管网越复杂，易积水，多漏气，管理困难，系统性能也低。因此，在满足生产需要的前提下，应简化网路、及时关闭或拆除无用的管路，应合理安装放水器，及时放水，以降低管网阻力。

1.3抽放方法的合理选择根据瓦斯来源和作用原理，分为单一抽放和综合抽放。选择合理的抽放方法，主要根据矿井(采区)瓦斯来源、煤层赋存情况、采掘布置、开采程序以及开采地质条件等。目前，采用单一的抽放方法往往不能有效的抽出瓦斯，必须根据现场实际情况采用顺层孔、穿层孔、交叉孔、顶板高位钻孔、采空区上隅角埋管的综合性抽放方法，以有效治理采掘面瓦斯，提高瓦斯抽放浓度，增加抽放纯量。

1.4抽放钻孔的布置影响自钻孔的主要因素有：钻孔的角度、长度、钻孔个数、孔径、间距等。对本煤层预抽瓦斯，根据煤层赋存条件、开采方法及开拓布置的不同，可以布置穿层钻孔、顺层孔(上、平、下向)，采用75～100 mm钻孔，煤层透气性差时，可以适当加大孔径。对卸压层瓦斯的钻孔，钻孔的有效部分应处在各个卸压层的充分卸压带，以保证有足够的瓦斯补给源。

1.5钻孔密封工艺钻孔施工完毕，其密封性决定着瓦斯抽放效果，封孔不严，漏气漏水，瓦斯浓度降低；反之，密封严密，瓦斯浓度高。因此，为提高井下瓦斯抽放浓度，，必须采用有效的封孔工艺。使封孔后，一方面使钻7L周围的裂隙得到充填，消除开孔时形成的漏气裂隙(即消除初期漏气通道)：另一方面使钻孔得到可靠的支护，保证钻孔的稳定，使钻孔周围不再产生新的漏气裂隙(即避免后期漏气通道的产生和发展)。因此，封孔材料需达到如下要求①封孔材料应具有渗透性：为了消灭钻孔周围的成孔裂隙，即消灭初期漏气通道，封孔材料应具有进入钻孔周围裂隙的特性，一般普通水泥没有这种特性，超细水泥的使用效果要好于普通水泥。②封孔材料应具有膨胀陛：封孔材料的膨胀性对封孔效果十分重要，如果材料没有膨胀性而有收缩性，那么就不能取得应有封孔效果。封孔材料的膨胀可以对钻孔形成主动支护力，不仅可以防止钻孔的收敛变形，而且使钻孔周围形成高应力区，使封孔段周围煤体的透气性降低，减少煤体的漏气，提高瓦斯抽放浓度。③封孔材料的强度和硬度不能过高：封孔材料在煤体里留下一个长度数米的圆柱体，回采工作面采煤机割煤时要切割这些圆柱体，如果封孔材料的强度和硬度过高，采煤机割煤时可能产生切割火花，给回采工作面带来安全隐患。④封孔材料必须有一定的早强性：钻孔是个微型的全煤巷道，钻孔在地应力作用下将发生蠕变，封孔之后，要求封孔材料在较短的时间内凝固，并有一定的强度，及时对钻孔实现主动支护，防止钻孔的变形。

1.6抽放时间不同的抽放方法，钻孔有不同的最佳和有效抽放时间，在这段实践内，抽放的瓦斯量大、浓度高，之后逐渐衰减到无抽放价值而停抽。但在我国一些矿井中，因抽放巷道层位布置不当，受采动影响大，巷道维护困难而缩短了钻场、钻孔和抽放管路系统的服务时间，有的矿井掘、抽、采的关系失调，不等到应有的抽放时间就回采，使钻孔失去了最佳抽放和有效抽放时间，导致抽放率不高。因此，合理的抽放时间是保证矿井瓦斯抽放率的必要因素。

1.7抽放负压与钻孔密度抽放系统压力参数及钻孔密度直接影响钻孔瓦斯抽放效率，经有关专家研究得出规律：钻孔瓦斯抽放率分别与抽放负压和钻孔密度呈线形关系，即抽放率随负压值、钻孔密度的增大而增加。但最大抽放率并不出现在最大的负压值和最大钻孔密度的交汇部位，三者的函数关系在空间上是一个曲面。抽放负压对未卸压煤层抽放效果的影响还没有统一的认识，有关资料也表明，提高抽放负压可以显著提高瓦斯抽放量，但大部分测量数据是在调压后短时间内测量的，属于暂态现象，不能真正的表示抽放负压与抽放量的关系。对于采空区瓦斯抽放实践表明，当抽放负压在一定的范围内增加时，可以增加抽放量，而负压过高，不但抽放量增加不多，而且容易吸入空气引起采空区残留煤的自然发火，为此，在抽放采空区瓦斯时，控制一定的抽放负压是必要的。

2提高矿井瓦斯抽放率的途径

针对我国矿井抽放率低的原因，采取适当的措施提高矿井的瓦斯抽放率，不仅是矿井安全生产的要求，而且也是降低抽放成本，提高抽放效益的需要。为了提高我国矿井瓦斯抽放效果，国内的科研、高校、设计、生产单位等，从不同的方面开展了很多项研究，取得了可喜的成果。

2.1合理选择抽放方法合理选择抽放方法是提高抽放效果的关键，选择抽放方法应深入分析煤层赋存条件、瓦斯来源及涌出规律、开采布置及开采程度、瓦斯利用前景等。按照瓦斯来源可以分为本煤层抽放瓦斯和临近层抽放瓦斯：按抽放与采掘的时间配合可以分为预先抽放煤层瓦斯、边采边抽放瓦斯、采空区抽放瓦斯三类：按照抽放工艺可以分为钻孔抽放瓦斯、巷道抽放瓦斯、钻孔巷道混合抽放瓦斯、老空区密闭抽放瓦斯和地面钻孔抽放瓦斯。不同煤矿的现场条件，采用抽放方式也会有很大的不同。一般来说，选择抽放方法和形式的时候，要考虑瓦斯来源、煤质状况、采掘因素、时间配合和抽放工艺等因素。其总的原则是：①如果瓦斯存在于开采层本身，即可以采用钻孔或巷道预抽形式直接把瓦斯从回采层中抽出。②如果瓦斯主要存在于开采煤层的顶、底板邻近煤层内，可以采用顶底板煤岩中的巷道，打一些穿至邻近煤层的钻孔将临近层瓦斯抽出。③如果在采空区或废弃巷道内有大量的瓦斯涌出，即可以用采空区抽放形式加

以消除。④如果在煤巷掘进时就已遇到严重的瓦斯涌出，而且难以用通风方法克服的时候，则需要采用在掘进工作开始前的钻孔预抽或巷道边掘边抽的方法加以解决。⑤如果煤层的透气性差，利用钻孔或巷道又不易直接抽出瓦斯，掘进时瓦斯也不大，而在回采的时候却有大量的瓦斯涌出时，则需采用边采边抽，深孔爆破、大直径密集钻孔以及认为的可以改变煤层透气性等方法加以解决。

2.2选择合理的抽放参数①钻孔直径。钻孔直径的大小对抽放瓦斯有一定的影响。大直径孔的瓦斯抽出量远远大于小直径孔，而且有较长的稳定时间。因此，在保证施工进度的前提下，尽量选择大直径的钻具。②钻孔长度。对于开采层瓦斯抽放钻孔的长度越大，露出煤面越多，瓦斯涌出量越大，抽放效果越好；对于邻近层瓦斯抽放，钻孔一般要穿过所要预抽的煤层，在考虑打钻效率和打钻质量的前提下，利用大功率钻机施工长度较深的钻孔。③钻孔角度。抽放本煤层瓦斯的时候，布置钻孔的角度应注意以下几个方面：a由于深部煤层的瓦斯含量比较大，瓦斯向上流动，所以下向式钻孔瓦斯量较大，可以加速瓦斯排放。但下向孔中易积水，对瓦斯涌出有一定的阻力，且打钻施工比较困难。b上向式钻孔内不会积水，瓦斯涌出量也比较均衡，但在相同条件下比下向孔略小。c水平钻孔处于上述两种方式之间，可以克服上向孔和下向孔的缺点，各矿井可以根据实际情况制定相应钻孔角度。④抽放负压。瓦斯抽放泵能力、运转特性与负压对抽放效果有很多影响，抽放负压越大，抽放量越大，但当负压到一定程度后，抽放效果就不会明显增加，有时反而会影响抽放效果，要根据具体情况确定

2.3其它途径①扩大抽放范围：扩大抽放范围：一是要合理增加钻孔数目来扩大抽放面积：二是要增加抽放煤层及抽放区域。②提高煤层透气性：煤层透气性是煤层对于瓦斯流动的阻力，通常用透气性系数来表示。透气性系数越大，瓦斯在煤层中流动越容易，瓦斯含量就少；反之，瓦斯易于保存，煤层瓦斯含量大。③采用综合抽放方法：随着煤矿机械化水平的提高，开采强度的大幅度提高，开采后邻近层、采空区等的瓦斯涌出量也急剧增加，为了实现高产高效矿井的安全生产，要求抽放瓦斯技术有一个新的突破，所以综合抽放方法已经是矿井进行瓦斯抽放的一个趋势。

3结语

总之，瓦斯抽放工作是一个系统工程，它需要我们做好方方面面的工作，完善其中的每一个环节，瓦斯抽放效果才能切实达到保证，从而解决矿井的瓦斯问题。