提高煤矿瓦斯抽采效果途径的分析与探讨

王刚1，2，3

1. 中煤科工集团沈阳研究院有限公司，辽宁 抚顺  113122；2. 煤矿安全技术国家重点实验室，辽宁 抚顺  113122；3. 沈阳煤炭科学研究所有限公司，沈阳  110015

摘要：煤炭是重要能源，开采效率、质量会影响经济发展。煤炭开采的影响因素较多，如果因此缺乏理想的开采条件，对煤炭开采限制大。在影响煤炭开采的因素中，瓦斯含量、浓度增加为重要因素，必须选择科学的瓦斯抽采技术。在现有技术、条件下，如何高效完成瓦斯抽采工作，已经成为煤炭企业关注的热点。

关键词：煤矿；瓦斯；抽采效果

1 煤矿瓦斯抽采的目的与重要性

开采煤炭资源时，必须及时、安全地抽排瓦斯，以免引发爆炸事故。开采人员必须高度重视瓦斯抽采工作。

第一，抽采瓦斯，减少矿井内的瓦斯含量，确保作业环境通风，提供良好的开采环境。

第二，加强煤炭开采质量，降低煤层瓦斯含量，避免瓦斯碰撞煤层，降低瓦斯爆炸率。

第三，基于能源角度，瓦斯属于清洁能源，瓦斯抽采后可以进行二次利用，提升能源使用效率，环境保护效益显著。

当前，国家高度重视瓦斯的经济效益，颁布了一系列法律以保障瓦斯抽采顺利。科学有效地处理矿井瓦斯，能够提升煤炭开采的安全性，保护周边环境，降低污染影响。

2 瓦斯抽采存在的问题

当前，矿井内的瓦斯抽采量比较小，抽采率较低，与安全生产的差距较大，多采用区排方式处理瓦斯问题。

3 煤矿瓦斯抽采设计优化

3.1 加密孔设计

按照抽采要求，控制好钻孔距离，适当设计加密孔。当钻进间距小时，抽采效果较好，能够缩短预抽时间。根据不同的工作面，合理划分预抽时间、抽采半径。煤层软分层内，增加钻孔数量，限制钻孔深度，可以保障钻孔质量。合理设置预采时间、抽采半径，确保采掘进度达到预抽时间要求。利用预抽时间，确定钻孔的抽采半径，落实到设计工作中，加强瓦斯抽采效果。

3.2 优化钻孔直径设计

确定钻孔直径时，应参考地质构造、煤层赋存、瓦斯含量等，其通常为75～120mm。如果区域内地质变化明显，钻孔直径设定为42～75mm。如果钻孔直径大于120mm, 则要投入专用钻孔设备，落实安全措施，加大安全防护力度。如果钻孔直径较大，瓦斯涌出的表面积也较大，则能够获得良好的抽采效果。按照矿井的具体情况，优化设计抽采钻孔直径，适当扩大钻孔直径，获得理想的抽采效果。

4 应用抽采设备加强瓦斯抽采效果

4.1 优化布置抽采管网

抽采管网对抽采阻力的影响非常大。抽采阻力持续加大，会降低系统性能，反之则会提升系统性能。管网的阻力指数受到管道直径、长度的影响。扩大管道直径，能够降低管网阻力。在抽采操作中，各项条件达到要求后，要简化管道的网络系统，拆除、关闭冗余管路。通常情况下，设置管路直径时，应当超出设计标准与要求，降低管网阻力。选择除渣、防水漆，在管路上安装装置，利用除渣、防水措施，降低管网阻力，增加瓦斯抽采量。

4.2 钻孔抽采时间、钻孔数量

企业可以建立瓦斯抽采监测系统，对瓦斯浓度实行实时监控，派遣专业人员检查钻孔内瓦斯浓度。如果钻孔内瓦斯浓度降低，需要将钻孔与低浓度管路连接，继续抽采内部瓦斯。低浓度管路可以解析抽采半径内的瓦斯，提升抽采量。在巷道开拓、掘进、回采等作业中，要设置高浓度、低浓度的抽采管路，确保瓦斯的抽采效果。代抽钻孔的数量对瓦斯抽采量的影响很大，其数量较多时可以提升抽采浓度，增加抽采量，加强系统性能。永久性的地面抽采系统可实现40～50km的代抽效果。因此，在设置代抽钻孔数量时，应参考抽采泵的能力，保障瓦斯抽采效果。

4.3 钻孔负压调节

为控制管路的瓦斯浓度、流量，要采用负压调节的处理方式。煤层不同，原始瓦斯压力、煤变质、矿井坚固度都会存在明显差异。立足于矿井工作状态，对钻孔负压进行调控，抽采出钻孔内瓦斯，确保单孔瓦斯的抽采量达到最高。

4.4 优化瓦斯抽采设计方案

第一，不同煤层内部的瓦斯浓度差异明显。抽取瓦斯时，多选择在工作面。如果在工作面的操作时间长，则能够获取高精度的瓦斯抽取效果。为满足以上要求，要科学监督和管理开采作业。开采煤炭前，要合理控制钻孔的压力差，保证其在10～15MPa范围内，保证施工操作准确。

第二，煤矿开采作业面临复杂的作业环境，不同工作区域很少进行严格的分界。开展钻孔施工时，为了维护各项操作的安全性，减少不合格钻孔，要限制瓦斯涌入工作面，降低瓦斯浓度。在无工作面抽采巷时，重视邻近瓦斯的钻孔施工，保证钻孔的均匀布设。

5 抽采新技术在瓦斯抽采中的应用效果

5.1 钻孔机械新技术

在上山孔施工中，使用千米钻机可以降低排渣难度，且钻孔的进深较大。在下山孔施工中，不能制作分支钻孔，要联合多种钻机。钻机的额定钻进深度应参考不同矿井的钻孔深度。如果钻孔深度超过500m, 应用千米钻机可能会出现钻头脱落问题。如果钻孔较小，建议采用风排渣钻机。当钻孔小于120m时，应用此种钻机可以增加成孔长度，降低塌孔率，获得理想的抽采效果。使用风排渣钻孔时，钻头和煤矸石摩擦，可能会引发安全问题。所以，在施工操作时应落实安全防护措施，确保施工安全。

5.2 应用先进的封孔技术

瓦斯预抽时，要严密封堵钻口，测定每一个钻孔的抽采参数。钻孔的抽采负压应当满足标准化要求。如果瓦斯预抽浓度小于30%,要对封孔技术进行改进，加强封孔质量。全方位考虑技术的成熟度、施工成本等问题，使用囊袋注浆法、膨胀水泥法，保证钻孔的封堵质量，减少封孔的漏气率。针对短钻孔，推荐聚氨酯封孔法；针对长钻孔，则推荐水泥孔封孔方法。分类采取封孔措施，既可以保障钻孔封堵效果，又能降低施工成本，获得理想的瓦斯抽采效果。

5.3 偏移测定仪的使用

在钻孔施工中，应用偏移测定仪可以掌握钻孔的前进方向，确保钻孔间距达到设计要求，检查钻孔的密集度，针对性开展空白带的钻孔施工，掌握钻孔路径。煤层中混有矸石，整体构造复杂，使用偏移测定仪可以掌握钻孔方向，提升钻孔的有效率，保证钻孔布置的均匀。

5.4 自动化钻孔技术

为确保煤矿生产的安全，尽量减少人力资源投入。通过传感技术、视频技术，利用安全监控方式，将相关参数、视频传输到远控操作点，操作人员发出控制信号，触发电动阀门，能够导通、关断控制液压油路，控制电机、泵组的启停。为保证钻杆装卸自动化，要调整好钻机的开孔位置、方位、倾角。优化固定程序，实现一键操控。钻机使用履带车结构，在地面设置远控点，利用云台摄像仪、超声测距仪，远程管控钻机的移动。通过角度传感器、压力传感器合理调节倾角。使用自动装卸钻杆，合理调整钻杆倾角；通过姿态仪明确开孔位置；远程自动化钻机要做好现场的试验操作；通过地面远控方式合理布设钻孔，涉及多个百米钻孔，钻孔深度超过100m。应用井下远程控制方式，有助于实现预期抽采目标。

6 结束语

综上所述，煤炭开采作业中，要做好瓦斯抽采工作，确保采矿安全。通过开发和利用瓦斯，降低煤炭等其他能源的使用，清洁效益高。在瓦斯抽采工作中，要注重矿井特征分析，推广应用现代抽采技术，提升抽采率。

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