井下瓦斯抽采技術發(fā)展

前言
　　我國煤礦瓦斯抽采有較長的歷史，早在1938年我國就首次在撫順礦務局龍鳳礦利用抽采泵進行采空區(qū)抽采固。近幾年來，隨著煤炭工業(yè)的發(fā)展，礦井數(shù)量及煤炭產(chǎn)量迅速增加，礦井向深部延伸過程中，一些低瓦斯礦井變?yōu)楦咄咚沟V井和突出礦井。因此需要抽采瓦斯的礦井越來越多，由此帶動了中國煤礦瓦斯抽采技術的迅速發(fā)展。我國在2002年提出的“先抽后采.監(jiān)測監(jiān)控。以風定產(chǎn)”十二字工作方針以來，中國煤炭產(chǎn)量由13.93億t增加到30億t，煤礦瓦斯治理取得了階段性成果。在煤礦開采技術條件不斷惡化的情況下，煤礦瓦斯治理保障了煤礦安全生產(chǎn)。為了防范和遏制重特大瓦斯事故，同時把瓦斯作為一種有用的資源進行開采，轉(zhuǎn)變了瓦斯治理的思路：國務院安全生產(chǎn)委員會于2008年7月提出了“通風可靠、抽采達標、監(jiān)控有效、管理到位”的煤礦瓦斯治理工作體系，隨后頒布《防治煤與瓦斯突出規(guī)定》，使得瓦斯治理工作有條不穩(wěn)的推進。
　　2煤礦瓦斯抽采技術的發(fā)展階段
　　2.1高透氣性煤層瓦斯抽采階段
　　50年代初期，在撫順高透氣性特厚煤層中首次采用井下鉆孔預抽煤層瓦斯，獲得了成功，解決了撫順礦區(qū)向深部發(fā)展過程中的瓦斯安全問題，而且抽出的瓦斯還被作為民用燃料進行利用。
　　2.2鄰近層卸壓瓦斯抽采階段
　　50年代中期，在開采煤層群的礦井中，采用穿層鉆孔抽采上鄰近層瓦斯的試驗在陽泉礦區(qū)首先獲得成功，解決了煤層群開采中首采工作面瓦斯涌出量大的問題。此后在陽泉又試驗成功利用頂板收集瓦斯巷（高抽巷）技術抽采上鄰近層瓦斯，抽采率達60～70%。到了60年代以后，鄰近層卸壓瓦斯抽采技術在我國得到了廣泛的推廣應用。
　　2.3低透氣性煤層強化抽采瓦斯階段
　　由于在我國一些透氣性較差的高瓦斯煤層及有突出危險的煤層采用通常的布孔方式預抽采瓦斯的效果不理想、難以解除煤層開采時的瓦斯威脅。為此，從60年代開始，試驗研究了多種強化抽采開采煤層瓦斯的方法，如煤層注水、水力壓裂、水力割縫、松動爆破，大直徑（擴孔）鉆孔、網(wǎng)格式密集布孔、預裂控制爆破、交叉布孔等。在這些方法中，多數(shù)方法在試驗區(qū)取得了提高瓦斯抽采量的效果，但仍處于試驗階段，沒有大范圍推廣應用。
　　2.4綜合抽采瓦斯階段
　　所謂綜合抽采瓦斯就是把開采煤層瓦斯采前預抽、卸壓鄰近層瓦斯邊采邊抽及采空區(qū)瓦斯采后抽等多種方法在一個采區(qū)內(nèi)綜合使用，使瓦斯抽采量及抽采率達到最高。從80年代開始隨著機采、綜采和綜放采煤技術的發(fā)展和應用，采區(qū)巷道布置方式有了新的改變，采掘推進速度加快、開采強度增大，使工作面絕對瓦斯涌出量大幅度增加，尤其是有鄰近層的工作面，其瓦斯涌出量的增長幅度更大。為了解決高產(chǎn)高效工作面瓦斯涌出源多、瓦斯涌出量大的問題，必須結合礦井的地質(zhì)條件，實施瓦斯綜合抽采。
　　3我國煤礦瓦斯抽采技術的新進展
　　3.1大間距上部煤層卸壓瓦斯抽采技術
　　研究發(fā)現(xiàn)首采層卸壓開采后，上向卸壓范圍為走向卸壓角80.8～84.7度，傾向卸壓角83～85度，上向卸壓層問距達10～150m，采用在被卸壓煤層底板彎曲下沉帶預先布置巷道鉆孔抽采卸壓瓦斯的技術方法，抽采率達65%以上。前期在彎曲下沉帶布置巷道，并使其隨著下向首采層的推進很好的保留下來是此技術成功的關鍵。
　　3.2多重開采下向卸壓增透瓦斯抽采技術
　　研究發(fā)現(xiàn)多重卸壓開采后，下向卸壓范圍為走向卸壓角99.3～100.1度，傾向卸壓角為102～110.0度，下向卸壓距離達15～100m，采用預先布置巷道和穿層鉆孔抽采卸壓瓦斯，瓦斯壓力可以大幅度降低，煤層透氣性系數(shù)也可以增加五百多倍，抽采率可達50%以上。
　　3.3沿空留巷煤與瓦斯共采技術
　　所謂沿空留巷是隨著采煤工作面的推進，采用適當?shù)南锱猿涮罘椒?，隔絕采空區(qū)，沿采空區(qū)留下巷道，采用這種方法可以在回采工作面，采空區(qū)側(cè)留下一條尾巷，形成Y形通風，通過這條巷道排放瓦斯和熱量，在瓦斯涌出量比較大時，有利于安全生產(chǎn)和改善工人的勞動環(huán)境。另外，在所留的尾巷里可以布置瓦斯抽采鉆孔，實現(xiàn)前面開采本煤層煤炭資源，后面同時抽采上下鄰近層卸壓解吸瓦斯的煤與瓦斯共采布局。并且，采用沿空留巷留下的巷道還可作為開采下一個工作面的順槽，一巷兩用，節(jié)省掘進巷道的費用，避免采掘失調(diào)、接續(xù)緊張。同時省去了工作面的煤柱，大大提高了資源回收率。
　　3.4鉆割一體化增透卸壓抽采技術
　　鉆割一體化技術是將高壓磨料射流技術與鉆孔施工技術相結合在鉆機鉆進過程中，由鉆機配合鉆桿內(nèi)送入的風或者低壓水進行排粉，與鉆機共同完成鉆進作業(yè)。鉆進結束后，鉆機停止轉(zhuǎn)動，只進行退鉆作業(yè)，高壓泵站加壓，水壓達到預定壓力值后，清水與高壓磨料發(fā)生裝置產(chǎn)生的磨料粒子相混合，與此同時鉆頭壓控裝置完成射流直向鉆孔到側(cè)向割縫的切換，進行割縫作業(yè)。通過閥門控制高壓磨料射流水的開、關，達到隨時鉆進隨時割縫的要求，從而實現(xiàn)鉆割一體化。
　　3.5網(wǎng)格式穿層鉆孔孔群增透瓦斯抽采技術
　　目前網(wǎng)格式穿層鉆孔成為我國單一松軟低透嚴重突出煤層防突的主要方法，此方法需要在進行瓦斯抽采的煤層區(qū)域內(nèi)設定網(wǎng)格式穿層鉆孔位置，對設定的網(wǎng)格式穿層鉆孔位置逐個實施鉆空，形成孔群，鉆孔直徑一般為90mm，以煤層中厚面為準，鉆孔間距為5～8m。
　　4煤礦瓦斯抽采技術的展望
　　半個世紀以來.我國煤礦瓦斯抽采技術雖取得了很大發(fā)展，但由于我國井工開采煤量大，煤層瓦斯含量非常豐富，抽采瓦斯研究試驗與普及工作差距還很大，區(qū)域瓦斯抽采思路在一些地區(qū)存在打折扣的現(xiàn)象。這就要求我們煤礦的每一位工作人員將瓦斯治理的區(qū)域理念時刻記住并運用在各項工作中，今后瓦斯抽采技術發(fā)展的方向應圍繞以下幾方面：
　?。?）進行瓦斯抽采技術篩選及適用性研究，總結各項瓦斯抽采技術的應用情況、技術特點、適用范圍和條件、開展適用性研究，為全國各礦區(qū)的瓦斯抽采提供指導。
　?。?）繼續(xù)研究試驗低透氣性煤層強化抽采技術，提高開采層預抽的抽采率，降低煤層的瓦斯涌出量，消除或降低這類煤層的突出危險性。
　?。?）研制功率大、故障率低、打鉆效率及成孔率高的新型鉆機及配套沒備，完善打鉆工藝、解決松軟煤層打鉆及成孔問題。
　?。?）研究瓦斯抽采長鉆孔施工及定向技術，開發(fā)定向長鉆孔的監(jiān)控裝置，保證鉆孔的各項參數(shù)能達到設計要求。
　　（5）繼續(xù)地面鉆孔抽采瓦斯的試驗開發(fā)，真正做到先抽后采，抽、掘、采三者的平衡。
　　5結束語
　　瓦斯抽采是治理瓦斯的治本措施，半個世紀以來，我國煤礦瓦斯抽采經(jīng)歷了“局部防突措施為主、先抽后采、抽采達標和區(qū)域防突措施先行”4個階段。瓦斯抽采作為解決煤礦瓦斯問題的有效途徑，在理論和技術方面都取得了重大進展，為煤炭行業(yè)減少瓦斯事故做出了重大貢獻，也對環(huán)境保護和遏制溫室效應起到了積極的作用。但是必須清楚的認識到，隨著開采深度的加大，地質(zhì)條件越來越復雜，瓦斯治理的難度也在進一步加大，很多問題需要科研院校和煤炭企業(yè)的共同努力，繼續(xù)進行理論研究和科技攻關，使我國的瓦斯抽采技術得到進一步的發(fā)展，為我國煤炭行業(yè)安全高效生產(chǎn)保駕護航。