我国煤矿瓦斯抽采技术现状及发展

李宾

（山西晋城煤业集团有限公司成庄矿，山西晋城 048000）

我国煤矿瓦斯抽采技术现状及发展

李宾

（山西晋城煤业集团有限公司成庄矿，山西晋城 048000）

在系统分析我国煤矿瓦斯抽采技术现状的基础上，指出了当前瓦斯抽采技术中存在的问题，展望了今后几年我国瓦斯抽采技术的3个重点攻关方向：强化低透气性高瓦斯煤层本煤层抽采、提高和完善瓦斯抽采装备以及形成一套行之有效的综合性瓦斯抽采工艺与技术。

瓦斯抽采技术；强化抽采；综合性抽采工艺

瓦斯作为煤炭形成过程中的伴生产物，不仅是煤矿安全事故的重要灾害源和温室效应的主要参与者，更是一种宝贵的清洁能源。我国瓦斯资源极其丰富，约为31.46万亿m3，并且随着煤炭开采深度的增加，瓦斯含量和涌出量将会显著增大。因此，实现瓦斯高效抽采，不仅是瓦斯防治技术的关键，更能保证我国经济可持续发展对能源的需求。

我国瓦斯抽采最早开始于1938年，随着煤炭工业的技术进步，瓦斯抽采技术大致经历了高透气性煤层瓦斯抽采、邻近层卸压瓦斯抽采、低透气性煤层强化瓦斯抽采和高产高效矿井综合抽采瓦斯等4个阶段[1]，抽采量和抽采率逐年增加。但是，随着矿井产能的不断提升和煤层埋深的增加，煤矿安全的主要矛盾逐渐从高瓦斯涌出量转向煤与瓦斯突出，说明瓦斯抽采量仍不能满足煤矿瓦斯治理要求。

1 我国煤矿瓦斯抽采技术现状

目前，我国煤矿瓦斯抽采技术主要有本煤层瓦斯抽采、邻近层瓦斯抽采和采空区瓦斯抽采等3种。

1.1 本煤层瓦斯抽采

本煤层瓦斯抽采是指直接抽采煤层中的瓦斯，它主要有以下2种方法：

1）采前预抽。即在开采煤层采掘之前，利用钻孔将本煤层的瓦斯抽出，从而减少开采过程中的瓦斯涌出量。根据钻孔布置方式，可将其分为扇形、平行和交叉钻孔抽采3种，其中，交叉钻孔因其具有空间交叉的特点，从而可以提高钻孔周围煤体中的裂隙连通性，有利于瓦斯运移，因此在本煤层抽采中的应用较多。

2）采动卸压抽采。由于我国煤层透气系数较低，瓦斯预抽难度大，而煤层采动后的超前支承压力对开采煤层的渗透率变化起主要作用，因此，基于超前支承压力对本煤层的卸压影响范围和瓦斯涌出规律来确定钻孔的布置方式，能够大幅提高本煤层的瓦斯抽采效果。一般情况下，受超前支承压力的作用，本煤层瓦斯抽采钻孔的抽采量随工作面位置的变化可划分为原始、减弱、增长和衰减等4个阶段。

1.2 邻近层瓦斯抽采

邻近层瓦斯抽采也称为卸压层瓦斯抽采，是指在煤层群条件下，受开采层的采动影响，其上部或下部的邻近煤层或岩层得到卸压而发生变形、产生裂隙，大幅提高渗透性，为防止邻近煤层中的瓦斯通过裂隙通道大量涌向开采层而采取的抽采技术。它主要有以下2种方法：

1）巷道抽采，即在开采层的顶部或底部处于采动形成的裂隙带内挖掘专用的抽瓦斯巷道（高抽巷），用以抽采上邻近层或下邻近层的卸压瓦斯，见图1，巷道可以布置在邻近煤层或岩层内。这种抽采方式具有抽放阻力小、抽放量大等优势，目前在阳泉和淮南矿区应用较多。但是对于综放工作面初采期间而言，由于顶板岩石冒落及裂隙影响范围小，达不到高抽巷位置，一般采用“伪倾斜后高抽巷”（见图2）或“中低位后高抽巷”等技术[2]。

2）穿层钻孔抽采，即从瓦斯尾巷向采空区顶板（裂隙带中）打平行于工作面的穿层钻孔来抽采瓦斯的方法，见图3。该方法具有掘进工程量小的优点，施工时应提前根据煤层赋存状况及采动覆岩移动破坏规律来设计钻孔的间距、终孔距工作面底板的垂直高度、终孔深入工作面的水平距离和钻孔中心线与尾巷中心线的夹角等参数[3]，使抽采效果达到最佳状态。

1.3 采空区瓦斯抽采

一般情况下，采空区瓦斯涌出量在矿井瓦斯来源中占有一定的比例。这是由于采煤过程中，邻近煤层、围岩、煤柱和工作面丢煤中的瓦斯都会涌向采空区，尤其是对于煤层群和厚煤层。根据国内外的实践情况，目前采空区瓦斯抽采主要有以下2种方法：

1）回采工作面采空区瓦斯抽采。它一般包括埋管抽采和尾巷抽采等方法，埋管抽采即沿回风巷的上帮铺设一条瓦斯管，该管道每隔一定距离设置一个三通，用于安装立管和阀门。随工作面的推进，瓦斯管逐渐埋入采空区并进行抽采的方法；尾巷抽采即平行于回风巷布置一条专用排瓦斯巷，并逐段进行密闭用于瓦斯抽采。除此之外，回采工作面采空区瓦斯抽采还可采用邻近层瓦斯抽采的方法，即穿层钻孔抽采和顶板尾巷抽采。

2）老采空区瓦斯抽采。由于采动影响，邻近层的卸压范围不断增大，老采空区会聚集大量瓦斯，可采用密闭插管大面积抽采、井下钻孔抽采和地面钻孔抽采等3种方法进行抽采[4]，其中，地面钻孔抽采因受井下生产制约少、便于管理等优势而应用的相对较多。

2 我国煤矿瓦斯抽采技术存在的问题及发展方向

尽管我国煤矿瓦斯抽采技术取得了显著的进步，但仍然有一些因素制约着瓦斯的高效抽采，如缺乏大功率、高效率和高成孔率的打钻设备，定向钻孔技术和封孔技术落后，配套的瓦斯抽放设备老化等。为解决以上问题并应对目前影响煤矿安全的主要矛盾的变化，需将下述几个方面作为瓦斯抽采技术的重点攻关方向。

2.1 强化低透气性高瓦斯煤层本煤层抽采

目前瓦斯治理面临的主要问题是煤与瓦斯突出，解决该问题的关键技术是预先进行本煤层瓦斯抽采，但由于我国煤层透气性较差，一般在抽采前需对煤层进行强化。当前采用的强化方法主要有深孔爆破预裂、水压致裂和水力割缝等卸压增透手段，这些方法虽取得了一定效果，但工艺较为复杂，因此需就此问题有针对性地开展强化工艺与理论方面的研究。

2.2 提高和完善瓦斯抽采装备

结合煤矿瓦斯抽采的煤层地质、采动影响和瓦斯抽采情况来看，长孔定向钻进技术是未来井下抽采的发展方向，应该加大国产定向钻机的研制力度，完善长钻孔的工艺与装备，使之适合我国煤矿条件。

近几年煤矿工作面逐渐向高产高效迈进，紧随而来的是瓦斯超限的问题，因此，如何在一个采区同时应用几种抽采方法，并实现最佳配合以及实现在采前、采中和采后的综合瓦斯抽采，尚有待进行全面攻关，从而达到高效抽采目标。

3 结束语

我国瓦斯资源丰富，且因其清洁环保并危害煤矿生产的特征，对其实施抽采越来越受到重视，也可保障我国经济发展对能源的需求。但是，我国煤层具有低渗透、强吸附特征，这就决定了必须在现有瓦斯抽采技术的基础上，从强化低透气性高瓦斯煤层本煤层抽采、提高和完善瓦斯抽采装备以及形成一套行之有效的综合性瓦斯抽采工艺与技术三个方面进行重点攻关，才可真正实现瓦斯资源的高效开发和煤与瓦斯突出的有效治理。

[1]袁亮.松软低透煤层群瓦斯抽采理论与技术[M].北京:煤炭工业出版社,2006.

[2]富向,焉德斌,李江涛,等.邻近层瓦斯抽放技术优选及适用性分析[J].煤矿安全,2008(4):32-34.

[3]秦伟,许家林,吴仁伦,等.基于CFD模拟的邻近层穿层钻孔瓦斯抽采优化设计[J].采矿与安全工程学报,2012,29(1):111-116.

[4]杨安红.采空区瓦斯抽放技术研究[J].煤炭技术,2009,28(6):88-90.

Gas Drainage Technology and Its Development in Mines

LI Bin
(Chengzhuang Mine,Shanxi Jincheng Coal Group,Jincheng 048000,China)

Problems of gas drainage in Chinese mines are presented on the systematic analysis.Then, the paper introduces the future directions of the gas drainage technology:strengthening the gas drainage of low-permeability-high-gas seam,improving drainage equipment,and establishing a set of effective integrated gas drainage techniques.

gas drainage technology;enhanced gas drainage;integrated drainage technique

TD712.6

A

1672-5050（2015）02-0076-03

10.3969/j.cnki.issn1672-5050sxmt.2015.02.024

（编辑：刘新光）

2015-01-19

李宾（1986-），男，安徽阜阳人，大学本科，助理工程师，从事煤矿瓦斯抽采工作。