浅论高瓦斯、突出矿井瓦斯抽采系统的设计与管理

刘万启

安徽神源煤化工有限公司，安徽淮北 235126

摘要：瓦斯是威胁矿井生产的主要因素，解决瓦斯的根本手段就是瓦斯抽采。通过瓦斯抽采系统源头设计优化和加强现场管理，有效提高矿井瓦斯治理效率及效果。

关键词：高瓦斯突出矿井；瓦斯抽采系统；设计及管理

1.项目背景

随着国家对煤炭资源的开发与利用，赋存浅、瓦斯小的煤矿资源已经逐渐枯竭，矿井逐步向地层深部延伸。然而，随着开采深度的增加，增加的不仅仅是地压，瓦斯问题成为威胁矿井安全生产的猛虎、成为吞噬煤矿职工生命的重要危险源之一，在2000年前后表现的尤为突出。经过近几年的治理手段和管理水平的提高，虽然瓦斯事故呈下降趋势，但是瓦斯问题始终犹如悬于煤矿安全生产头顶的一把利刃，让煤矿人惶惶不可终日。

解决矿井瓦斯问题，最根本的手段就是瓦斯抽采，它是保证安全生产的一项有效的预防性措施。不仅能够减少开采时的瓦斯涌出量，从而减少瓦斯隐患和各种瓦斯事故。还可以减少通风负担，解除通风不易解决的瓦斯难题，降低通风费用。此外，瓦斯同样是一种地下资源，将瓦斯抽采出来送到地面作为燃料和原料加以利用，可以起到保护环境和提高经济效益的作用。然而现阶段，多数矿井重点关注钻孔、钻场的抽采效果，忽视了抽采系统的设计、建设和管理，矿井瓦斯抽采受设计考虑不充分、现场管理不到位、以及现场条件限制等诸多因素影响，瓦斯抽采效率低、效果不佳。 矿井动辄百万元、上千万元甚至更多瓦斯治理的投入，在最关键的抽采上“卡了脖子”，治理效果和效率大打折扣，威胁安全、降低效率等危害显而易见，所以提高矿井瓦斯抽采效果迫在眉睫！

2.思路及做法

瓦斯抽采系统的设计要秉承源头除渣（水）、高敷管路、减阻增孔的原则，力求最大程度做到管路平、直、顺，低速高浓。

2.1 源头除渣（水）

源头除渣（水）秉承着“低进高出”的原则，在气体进入抽采系统的最初阶段，将水和渣截留下来，防止进入抽采系统、影响抽采效果。

如图1所示，钻孔合茬平、直、顺，集渣（水）管底部留出除渣口和放水器安装空间后尽量放低，最大限度拉大集渣（水）管与主管路之间的高差，最好不低于2.0m（高差越大，负压的对放水的影响越小）。从集渣（水）管至主管路的连接（如图所示），呈一定角度、避免拐急弯，同时给水流向集渣（水）管创造有利条件。

2.2 管路高敷

瓦斯抽采管路的敷设要秉承“高敷原则”，管路尽量吊高。瓦斯抽采管路应敷设巷道电缆异侧肩窝位置，如果条件不允许也可布置在巷道顶部，最低离地高度应不低于1.8m。管路高敷最大的好处是有效增加了高差，有利于系统内的积水在自重作用下进入放水器。其次，管路高挂在过钻场、交叉口可以免于管路过硂，可以大幅减小管道阻力。

对于长距离平巷敷设的瓦斯抽采管路，当长度大于500m是要人为设置高差（如图2（1）所示），安装高低管和放水器。对于起伏的巷道，要根据整体巷道走势，小的起伏尽量曲直，在大起伏地点借助起伏高差安装高低管和放水器（如图2（2）所示）。

2.3 减阻增孔

瓦斯抽采系统减少阻力有优化系统、管路合理布置、减少和正确使用阀门等几种方式，现逐一说明：

1）优化系统。在系统建设和设计前，统筹考虑、一次设计、分步实施，力求瓦斯抽采系统走路途最短、弯道最少的路。要保证系统简单，能够减少的管路、设施一律去除；能拆除、回收的第一时间拆除。

2）管路合理布置。瓦斯抽采管路敷设要确保平直，以“顺”为目的，消除锐角弯、减少直角弯，尽量采用大角度钝角弯平滑过渡，根据现场安装放水、设施。能用多个大角度钝角弯过弯的，坚决不用一个小角度钝角弯直接过。放水器设置应根据现场实际，巷道起伏应适当增设，安装高度与最大抽采负压相适应（负压20Kpa，高度不得低于2m），否则必须安装主动放水器。

3）减少和正确使用阀门。瓦斯抽采系统目前用的阀门主要有两种，分别是全通隔离阀和蝶阀。由于蝶阀体积小、安装拆除方便，目前在瓦斯抽采系统中应用比较普遍。但是蝶阀易损，且在全开后碟片位于管路正中心，无形中增大了抽采系统的阻力。所以瓦斯抽采系统中的阀门使用要用减法，即能够不用的坚决不用。对于不影响轨道运输、行人的回风巷道，建议多使用全通隔离阀。

4）负压适中、高浓量大。瓦斯抽采的最终目的是最大限度抽出瓦斯，降低煤层瓦斯压力、减少瓦斯含量。瓦斯抽采纯量是考核抽采效果的决定性指标，抽采浓度和流量是关键点。而关键点的提高，抽采负压和流速是关键因素。试验证明，负压不是越大越好，而是与抽采管路连接点的密封等级、钻孔封孔强度相适应，这样才能减少进气、让抽采负压最大限度作用于钻孔。原则上穿层钻孔孔口抽采负压不得小于13Kpa（其他钻孔应根据实际情况确定），否则应该对抽采管路及封孔强度进行提升。流速与抽采负压成正比，减低流速有利于瓦斯抽采系统的维护、放水器等装置的动作，同时也能给瓦斯抽采能力留一定的提升空间。

3.几点补充说明

①瓦斯抽采系统需定期优化，能减则减、能优则优，力求系统最简化，同时保证高低浓系统可以相互转换。②规范钻孔封孔合茬，最大程度提高封孔和合茬强度，减少进气。③瓦斯抽采系统应根据规定留有一定的备用系数，同时建议将抽采负压备用系数留在主管路上，便于支管和末端的瓦斯抽采条件的随时调整，满足各种条件下瓦斯抽采的需要。

4.项目建设效果

通过矿井瓦斯抽采系统的设计优化及加强管理，能够有效减少瓦斯抽采系统淤堵，提高孔口瓦斯抽采负压，解决因系抽采统运行不正常造成瓦斯治理效果、效率大打折扣的最根本问题。瓦斯抽采效率的提高，能够大大缩短采场瓦斯治理时间，经济效益极为巨大和显著。同时因为瓦斯治理效果的提高，大大提高了矿井生产的安全性，安全效益更是无法估量。

参考文献：

[1]俞启香.矿井瓦斯防治[M].徐州:中国矿业大学出版社,1992.2

[2]国家煤矿安全监察局.《防治煤与瓦斯突出细则》读本[M].北京:煤炭工业出版社,2019

[3]中华人民共和国国家标准AQ 1026-2006《煤矿瓦斯基本抽采指标》

[4]中华人民共和国国家标准AQ 1027-2006《煤矿瓦斯抽放规范》

[5]中华人民共和国国家标准GB 50471-2008 《煤矿瓦斯抽采工程设计规范》

作者简介：刘万启，男，汉族，本科学历，1984年出生，工程师，籍贯安徽省阜阳市，安徽神源煤化工生产管理部。通讯地址：安徽省淮北市濉溪县南坪镇，安徽神源煤化工有限公司生产管理部。邮编：235126；联系电话：[phone]。

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