煤矿瓦斯防治中抽采新技术的应用

煤矿瓦斯防治中抽采新技术的应用

岳峰

山西焦煤技师学院 山西省介休市 032000

摘要：矿井瓦斯泛指井下所分布各类有害气体，是成煤过程中腐植型有机物的伴生物。近年来，我国浅层煤炭层开采殆尽，煤矿开采深度以及强度不断增大，井下地质条件与环境呈现复杂化趋势，所分布瓦斯气体对煤矿开采作业与井下作业安全造成严重影响。同时，瓦斯作为一种可燃气体，具有较高的经济价值。因此，为提高煤矿井下作业安全、瓦斯抽采质量与企业经济效益，本文对煤矿瓦斯抽采技术类别，各项抽采新技术在煤矿瓦斯防治领域的应用进行简要分析。

关键词：煤矿；瓦斯防治；抽采技术；应用

1. 煤矿瓦斯抽采技术类别

1.本煤层瓦斯抽采技术

常用的本煤层瓦斯抽采技术主要分为交叉布孔、水力割缝、穿层钻孔、水力钻孔等等。持续将煤层内所分布瓦斯气体加以采集抽取，直至煤层中瓦斯气体浓度低于相应安全标准后，方可组织开展后续煤矿井下开采作业。例如在抽取本煤层内瓦斯气体时，往往采用长钻孔瓦斯抽采技术。

2.邻近层瓦斯抽采技术

目前来看，在煤矿开采过程中，常用邻近层瓦斯抽采作业主要采用层外开采卸压方式，同步开展邻近层瓦斯抽采以及煤矿开采作业。对邻近层瓦斯抽采技术类别的划分，可以与开采层相对位置为依据，将技术划分为上邻近层以及下邻近层两类抽采技术。这两类技术的应用机理及抽采流程较为相似，具体分为钻孔抽采、巷道抽采等方法。

3.采空区瓦斯抽采技术

采空区瓦斯指，自临近煤层、围岩或是开采层向采空区涌出的瓦斯气体。多种瓦斯源在采空区积聚，将形成二次瓦斯源。因此，在开展煤矿采空区瓦斯抽采作业时，应采取相应的瓦斯抽采技术，才能为煤矿井下安全系数、瓦斯抽采效率提供必要保障。目前来看，常见的采空区瓦斯抽采技术为密封抽采、巷道抽采以及埋管抽采等技术。

4.地面钻井瓦斯抽采技术

地面钻井瓦斯抽采技术共分为采空区瓦斯抽采、煤层前进行瓦斯预抽采以及卸压瓦斯抽采技术。作为新型煤矿瓦斯抽采技术，地面钻孔抽采技术具有抽采范围小、瓦斯量低、作业时间短等特点，抽采量受到煤层裂隙程度以及渗透参数的干扰影响。虽然地面钻井抽采技术具有广阔的应用前景，与绿色环保煤矿开采工作理念相符，但却难以实现预期瓦斯抽采作业目的。因此，在技术应用中，应结合实际情况，采取相应技术措施，提高煤层透气性。

5.综合瓦斯抽采技术

综合瓦斯抽采技术指，具有较为广阔适用条件的瓦斯抽采技术，可根据煤矿瓦斯抽采作业需求与实际情况，对技术工序流程及标准进行适当调整即可开展瓦斯抽采作业。常见综合瓦斯抽采技术，常见综合技术包括沿空留巷煤与瓦斯共采技术、网格式穿层钻孔孔群增透瓦斯抽采技术。

（1）沿空留巷煤与瓦斯共采技术。同步开展井下采煤作业以及巷旁填充作业。在采煤作业面推进后，工作人员及时开展巷旁填充作业，从而隔绝采空区。随后，在采空区侧方预留尾巷，在回采工作面形成Y形通风通道，持续向外涌出采空区内所分布的瓦斯气体以及热量，实现持续抽采矿井瓦斯气体、改善井下作业环境的目的。同时，在必要情况下，可选择将抽采孔位设置在尾巷内，设置上下临近层卸压吸收瓦斯的煤与瓦斯同步共采布局。从技术实际应用角度来看，对Y形通风通道的设置，实现了对瓦斯长以及空气压力场能位向采空区后方区域的有效运移，从根本上解决了上隅角瓦斯治理问题。同时，将上向卸压煤层的瓦斯压力稳定控制在0.2-0.4MPa区间范围内、瓦斯抽采率高达72%及以上。从资源回收利用角度来讲，对沿空留巷煤与瓦斯共采技术的应用，可将所预留巷道作为后续开采作业面的顺槽，既节省了工作面煤柱的消耗，也实现了对煤矿井下巷道掘进作业成本的有效控制。

（2）网格式穿层钻孔孔群增透瓦斯抽采技术。结合井下情况，在煤层区域设置适当数量的钻孔位，形成网格式穿层孔群。按特定顺序以此开展钻孔作业，将钻直径控制在90mm左右。将煤层中厚面作为基准，将相邻孔位间隔距离控制在5m-8m区间范围内。随后，合理设定水压，使用高压水开展冲孔作业，在煤层所设置各处孔位之间形成裂隙，实现改善煤层透气性能的目的。最后，工作人员退出钻杆、开展封孔作业，并将支管、汇流管、封孔管以及集气箱接入瓦斯抽采管网中，持续开展瓦斯抽采作业。对这项技术的应用，实现了对煤层预抽率的有效提升，由传统的20%预抽率提升至40%以上。

二、煤矿瓦斯防治中抽采新技术的应用分析

1.水力割缝技术

水力割缝增透技术是通过借助机械设备，向指定煤层开展大面积高压水流割缝作业，使得煤层应力松弛、出现拉应力，起到卸压与改善煤层渗透性能的作用，并在周边一定范围内形成卸压区。同时，煤层将持续受到拉应力作用影响，产生适当数量与宽度的裂缝，进一步扩大瓦斯渗流通道面积。

这项技术的具体工艺流程为：沿煤层方向设置适当数量的孔位，开展钻孔作业。在管道底部安装喷头装置，喷头装置与管道保持平角垂直状态；待管道处理作业结束后，缓慢将管道下放至抽采孔底部区域，高压水射流经由喷头装置对煤层进行喷射、切割；瓦斯经由所形成煤层裂缝涌入抽采孔，操控相应设备对瓦斯气体进行采集。水力割缝增透技术被细分为定向水力压裂与高压脉冲水射流割缝技术，具体如下。

（1）定向水力压裂技术。在顶板处设置适当数量的观察钻孔以及水力压裂钻孔，并设置配套的楔形环槽。组织开展密封水力压裂钻孔作业，顶板在多个压裂钻孔的共同水力压裂作用影响下，结构将呈现定向断裂现象。基于裂缝扩展与延伸理论，在顶板结构出现断裂现象时，所设置楔形环槽将起到引导裂纹扩展的作用，确保裂纹向预期断裂方向延伸扩展。

（2）高压脉冲水射流割缝技术。充分利用冲击破碎、压力脉冲以及自激振荡等特性，控制高压脉冲水射流对煤层指定位置进行割缝处理，不断增大煤层的暴露面积。随后，受到压力脉冲动能作用，连通形成的各处激发裂隙。同时，高压与声振作用将持续改善煤层的渗透性能，侧面提升瓦斯抽采量。与传统煤矿瓦斯抽采技术相比，对高压脉冲水射流割缝技术的应用，将缩短煤矿瓦斯抽采工期70d及以上、瓦斯释放量提高4倍左右、钻孔数量缩减60%。

2.大孔径超长定向钻孔瓦斯抽采技术

大孔径超长定向钻孔瓦斯抽采技术是结合井下实际情况，工作人员沿顶板岩层走向，设置适当数量的迎面定向水平长钻孔，上临层内所分布瓦斯气体经由长钻孔持续涌出，不断降低瓦斯压力以及浓度。在技术应用中，工作人员应注重优先将长钻孔在裂隙带中上部区域加以设置，如若钻孔位置偏低，将对瓦斯浓度及抽采量造成不利影响。而在钻孔位置偏高时，将加大瓦斯气体抽采难度。同时，在钻孔岩石层选择环节，禁止挑选煤层、页岩层等质地较软的岩层，预防跨孔、钻孔堵塞等问题的出现。对大孔径超长定向钻孔瓦斯抽采技术的应用，实现了对岩石巷道掘进环节的简化，替代抽采巷道，增强了煤矿瓦斯抽采与井下作业成本控制力度，并提高了瓦斯抽采浓度与效率。

3.煤矿瓦斯“两堵一注”封孔技术

这项技术利用煤壁内所存在的应力扰动与裂隙加以沟通，采取带压注浆方式实现密封微孔裂隙、改善瓦斯抽采钻孔周边煤体特性的技术应用目的。工作人员使用柔模式封堵囊袋、封孔器等工具设备，对封孔环形空间端头进行封堵处理。随后，操纵注浆设备，持续将浆液加压注入封孔短环形空间与周围孔壁煤体裂隙内。受到浆液所附加压力作用影响，持续对孔壁内煤体裂隙进行拓展，填充煤体凹凸面，在煤体微裂隙内产生凝聚力。待浆液凝结硬化后，将呈现膨胀树枝状分布，实现全面封堵的技术目的。

结语

综上所述，瓦斯抽采技术作为煤矿开采活动的主要工序环节，以及保障井下作业安全的关键点，企业与工作人员应当结合实际情况，全面了解各项瓦斯抽采新技术的工艺原理与应用情况，严格控制各环节瓦斯抽采质量。同时，加强煤矿瓦斯抽采技术研发力度、不断探索新的技术发展趋势与应用模式，为我国煤炭行业安全高效生产保驾护航。

参考文献：

[1]谷丽朋,罗新荣.我国煤矿瓦斯抽采技术的新进展及问题[J].能源技术与管理,2011(01).

[2]张建为.抽采利用技术在煤矿瓦斯防治中的有效应用[J].当代化工研究,2020(07).

[3]马坤.煤矿瓦斯综合抽采技术研究[J].科技风,2019(27).