综采工作面采空区瓦斯立体式抽采技术的应用探究
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作者:朱志富
摘 要：随着矿井开采深度的加大和生产强度的提高，综采面瓦斯涌出量逐年增加，尤其是采空區瓦斯涌出量更为突出。采空区瓦斯的大量涌出导致了工作面瓦斯频繁超限，甚至造成重大事故，造成人员和经济的重大损失。本文分析了矿井采空瓦斯抽采技术在国内外发展现状、发展趋势和存在的问题，并针对采空区瓦斯抽采技术的应用进行了详细的叙述。
关键词：综采工作面 采空区 瓦斯立体抽采技术
中图分类号：TD712 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2020）01（a）-0085-02
矿井瓦斯事故是煤矿安全生产最严重的危害之一。以往防治煤矿瓦斯突出最主要的手段就是在煤层上多打孔，长期抽排瓦斯，降低瓦斯压力。但随着煤矿挖掘深度的不断增加，瓦斯含量越大，就必须运用更好的瓦斯抽采方法，以降低煤层瓦斯压力及含量，解决综采工作面瓦斯超浓度超限问题。
1 采空区的瓦斯抽采方法
在厚煤层的开采过程中会导致大量的瓦斯涌入采煤工作面，利用瓦斯抽采技术将来自于采煤工作面的瓦斯资源进行有效开发。可以根据巷尾布置的差异性和不同的工作面的开采方法，在抽采作业时可以采用高位钻孔抽采、高抽巷抽采以及地面钻孔抽采等多种瓦斯抽采技术。
2 矿井采空区瓦斯抽采的现存问题
高抽巷抽采技术也存在不利期，高抽巷层位布置不合理，过高或过低均不能达到有效抽采卸压瓦斯的效果和受地面抽采泵站的能力限制，无法提升工作面高抽巷的抽采能力，导致抽采瓦斯的量小。我国的采空区瓦斯抽采技术虽然有了很大的进步，但是，瓦斯抽采技术效果仍然存在很多不之处。
2.1 低渗透煤层瓦斯抽采产业化难度大
在开采单一低渗煤层开采之前必须预先做强化预抽处理，提高瓦斯的抽采率。当前常用的强化预抽手段有：（1）将大量的水注入煤层中。（2）用大量掺入化学物质的水灌入页岩层进行液压碎裂以释放天然气的目的。（3）利用专门的水力切割或压裂机具，实现向钻孔内部供水进行不同方向的切割或整体的压裂，达到提高煤层透气的目的。在一定程度上做到了提高瓦斯抽采的效果，但存在局限性，目前，还没有大范围的应用和推广。当前矿井采空区瓦斯抽采中低渗透煤层的强化预抽仍是急需解决的难题。
2.2 采空区瓦斯抽采方法的组合优化
所谓综合抽采瓦斯，就是将开采煤层瓦斯采前预抽、卸压邻近层瓦斯边采边抽、采空区瓦斯采后抽及地面抽采等多种方法在一个采区内综合使用，使瓦斯抽采量及抽采率达到最高。在抽采系统中，封孔质量和抽采钻孔影响抽采质量。由于不同地区的矿井实际情况和地质构造存在差异，导致了封孔技术各不相同。因此，需要根据实际的情况进行完善封孔技术。抽采从业人员在采空区瓦斯综合抽采瓦斯时应注意几个方面：（1）抽采方式设计组合。在抽采过程中，要想抽采达到最理想效果，就需要根据不同地质情况采用不同的采空区瓦斯抽采技术组合。（2）钻孔参数的最优组合。由于瓦斯抽采时间存在差异，就需要挖掘不同的规划方案，设计多种优化组合的钻孔参数。（3）优化封孔工艺与技术。加大对不同封孔技术和新型封孔技术的优化配合研究，提升封孔质量。
3 综采工作面采空区瓦斯抽采技术的应用
3.1 高位钻孔瓦斯抽采技术
目前矿井采空区瓦斯抽采主要采用高位钻孔瓦斯抽采技术。其原理是以回采工作面采动压力形成的顶板采动裂隙作为抽采瓦斯的通道，有效拦截邻近煤层涌入回采工作面的卸压瓦斯，同时，利用钻孔的负压作用改变采空区气体流场分布，从根本上解决因为采空区瓦斯大量涌出造成工作面上隅角及回风巷道瓦斯超限的问题。
高位钻孔抽采采空区瓦斯的效果：当开采煤层的瓦斯含量小、采空区瓦斯压力低时，就应采用破碎的方法释放瓦斯，因受裂隙带高度的影响钻孔无法到达裂隙带中，导致了钻孔无法发挥其作用，可以采用高位钻孔抽采采空区瓦斯技术。
3.2 高抽巷瓦斯抽采技术
选取的高抽巷位置是否合理将会直接影响邻近层瓦斯的抽采效果。假如在冒落带岩层内布置巷道，工作面推进时高抽巷道随岩层冒落易遭破坏。除此之外，高抽巷处于矸石自然堆积区内受工作面通风量的影响，该区域的瓦斯浓度不稳定，抽出瓦斯浓度低，抽出的瓦斯量小，抽放效果不理想。假如把高抽巷布置在弯曲下沉带岩层内，保存了原有岩层完整性，透气性不佳，那么就会抽不出来瓦斯。因此，应该在裂隙带岩层中布置抽放巷。由于裂隙带瓦斯主要通过煤体或裂隙，以渗流的形式流入裂隙带，其受工作面风量变化影响比较小，那么其内瓦斯浓度也较大。值得注意的是当高抽巷层位置比较高时，在裂隙带上方，接近缓慢下沉带，抽采效果较差。
高抽巷抽采采空区瓦斯技术的效果：高抽巷抽采采空区瓦斯技术的主要技术特点是易于管理、较长的瓦斯抽采周期以及抽采的瓦斯含量高等，然而，利于该技术抽采瓦斯需要挖掘巷道，成本高且工程量大。抽采瓦斯需要较高的负压环境，所以在需要在上邻近层开采或厚煤层的情况下效果明显。当瓦斯抽采量增加且超过一定限度时，影响的就只有采空区。从治理上隅角的稳定性上分析，水环真空泵的抽采负压要比矿井通风负压大，采空区冒落煤情况对顶板高抽巷道抽采量有比较小的影响，特别是对于工作面周期来压时.顶板高抽巷道抽采的矿井采空区瓦斯的量会持续稳定，这样对工作面瓦斯治理具有促进的作用。所以说，上隅角和回风巷瓦斯超限现象，能够通过顶板高位巷道密闭抽采矿井采空区瓦斯技术。 3.3 立体式抽采治理
瓦斯治理最重要的工作是将瓦斯煤层抽采到低瓦斯状态进行开采，所以要积极实施立体式瓦斯抽采治理技术。抽采瓦斯的主要方式有：（1）穿层钻孔预抽。在采煤工作面顺槽掘进前，从底板巷施工穿层钻孔，预抽煤巷条带瓦斯并卸压消突，掩护煤巷安全掘进;（2）顺层钻孔预抽。在回采工作面两顺槽内施工顺层钻孔，预抽本煤层瓦斯。（3）地面钻井抽采。利用地面瓦斯抽采钻井，抽采煤层瓦斯及上覆邻近煤层卸压瓦斯。（4）頂板钻孔卸压抽采。在工作面回采期间，从轨顺巷帮钻场施工顶板走向钻孔抽采采空区瓦斯，代替了高抽巷抽采瓦斯，除了能节约成本，还可以在工作面回采期间兼作防火钻孔。
通常情况下，直径较大的钻孔暴露的煤面相对来说较多，瓦斯的涌出量相对较大。在确定钻孔直径时，要注意钻孔直径和瓦斯的涌出量存在直接关系。钻孔中的瓦斯成分虽然和钻孔长度无特别明显的关系，但钻孔技术和设备等因素会影响打钻效率和质量，应该尤其重视。同时，煤层瓦斯抽采率还受钻孔间距的影响，各个钻孔在某一流动时间内都有一个由自己控制的瓦斯流动场，所以在流动场内不互相干扰的情况下可以多打孔，增加钻孔密度，能有效提升煤层瓦斯的抽采效率。
4 结语
采空区瓦斯抽采必须引起高度重视，其不仅能够预防矿井安全问题，还能将瓦斯作为资源进行回收利用，把瓦斯的抽采和回收利用相结合形成完美的工业结合产链。采空瓦斯的抽采技术人员应根据生产实际情况、各矿区的地质条件以及我国实际情况选择适宜的抽采瓦斯技术，解决我国长期在低渗透煤矿区所形成规模化抽采产业的难题，抽采瓦斯要综合利用矿井采空区瓦斯抽采的各项技术，提升瓦斯的抽出率及利用率，充分发挥瓦斯社会经济价值。
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