井下瓦斯抽采技術(shù)發(fā)展

前言
　　我國(guó)煤礦瓦斯抽采有較長(zhǎng)的歷史，早在1938年我國(guó)就首次在撫順礦務(wù)局龍鳳礦利用抽采泵進(jìn)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?dāng)?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(dòng)了中國(guó)煤礦瓦斯抽采技術(shù)的迅速發(fā)展。我國(guó)在2002年提出的“先抽后采.監(jiān)測(cè)監(jiān)控。以風(fēng)定產(chǎn)”十二字工作方針以來，中國(guó)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(shù)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(shí)把瓦斯作為一種有用的資源進(jìn)行開采，轉(zhuǎn)變了瓦斯治理的思路：國(guó)務(wù)院安全生產(chǎn)委員會(huì)于2008年7月提出了“通風(fēng)可靠、抽采達(dá)標(biāo)、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(jìn)。
　　2煤礦瓦斯抽采技術(shù)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(yù)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(jìn)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(yàn)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(yàn)成功利用頂板收集瓦斯巷（高抽巷）技術(shù)抽采上鄰近層瓦斯，抽采率達(dá)60～70%。到了60年代以后，鄰近層卸壓瓦斯抽采技術(shù)在我國(guó)得到了廣泛的推廣應(yīng)用。
　　2.3低透氣性煤層強(qiáng)化抽采瓦斯階段
　　由于在我國(guó)一些透氣性較差的高瓦斯煤層及有突出危險(xiǎn)的煤層采用通常的布孔方式預(yù)抽采瓦斯的效果不理想、難以解除煤層開采時(shí)的瓦斯威脅。為此，從60年代開始，試驗(yàn)研究了多種強(qiáng)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(dòng)爆破，大直徑（擴(kuò)孔）鉆孔、網(wǎng)格式密集布孔、預(yù)裂控制爆破、交叉布孔等。在這些方法中，多數(shù)方法在試驗(yàn)區(qū)取得了提高瓦斯抽采量的效果，但仍處于試驗(yàn)階段，沒有大范圍推廣應(yīng)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(yù)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(gè)采區(qū)內(nèi)綜合使用，使瓦斯抽采量及抽采率達(dá)到最高。從80年代開始隨著機(jī)采、綜采和綜放采煤技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，采區(qū)巷道布置方式有了新的改變，采掘推進(jìn)速度加快、開采強(qiáng)度增大，使工作面絕對(duì)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(zhǎng)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(jié)合礦井的地質(zhì)條件，實(shí)施瓦斯綜合抽采。
　　3我國(guó)煤礦瓦斯抽采技術(shù)的新進(jìn)展
　　3.1大間距上部煤層卸壓瓦斯抽采技術(shù)
　　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(dá)10～150m，采用在被卸壓煤層底板彎曲下沉帶預(yù)先布置巷道鉆孔抽采卸壓瓦斯的技術(shù)方法，抽采率達(dá)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(jìn)很好的保留下來是此技術(shù)成功的關(guān)鍵。
　　3.2多重開采下向卸壓增透瓦斯抽采技術(shù)
　　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(dá)15～100m，采用預(yù)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(dá)50%以上。
　　3.3沿空留巷煤與瓦斯共采技術(shù)
　　所謂沿空留巷是隨著采煤工作面的推進(jìn)，采用適當(dāng)?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(fēng)，通過這條巷道排放瓦斯和熱量，在瓦斯涌出量比較大時(shí)，有利于安全生產(chǎn)和改善工人的勞動(dòng)環(huán)境。另外，在所留的尾巷里可以布置瓦斯抽采鉆孔，實(shí)現(xiàn)前面開采本煤層煤炭資源，后面同時(shí)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(gè)工作面的順槽，一巷兩用，節(jié)省掘進(jìn)巷道的費(fèi)用，避免采掘失調(diào)、接續(xù)緊張。同時(shí)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(shù)
　　鉆割一體化技術(shù)是將高壓磨料射流技術(shù)與鉆孔施工技術(shù)相結(jié)合在鉆機(jī)鉆進(jìn)過程中，由鉆機(jī)配合鉆桿內(nèi)送入的風(fēng)或者低壓水進(jìn)行排粉，與鉆機(jī)共同完成鉆進(jìn)作業(yè)。鉆進(jìn)結(jié)束后，鉆機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，只進(jìn)行退鉆作業(yè)，高壓泵站加壓，水壓達(dá)到預(yù)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(shí)鉆頭壓控裝置完成射流直向鉆孔到側(cè)向割縫的切換，進(jìn)行割縫作業(yè)。通過閥門控制高壓磨料射流水的開、關(guān)，達(dá)到隨時(shí)鉆進(jìn)隨時(shí)割縫的要求，從而實(shí)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(shù)
　　目前網(wǎng)格式穿層鉆孔成為我國(guó)單一松軟低透嚴(yán)重突出煤層防突的主要方法，此方法需要在進(jìn)行瓦斯抽采的煤層區(qū)域內(nèi)設(shè)定網(wǎng)格式穿層鉆孔位置，對(duì)設(shè)定的網(wǎng)格式穿層鉆孔位置逐個(gè)實(shí)施鉆空，形成孔群，鉆孔直徑一般為90mm，以煤層中厚面為準(zhǔn)，鉆孔間距為5～8m。
　　4煤礦瓦斯抽采技術(shù)的展望
　　半個(gè)世紀(jì)以來.我國(guó)煤礦瓦斯抽采技術(shù)雖取得了很大發(fā)展，但由于我國(guó)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(yàn)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(shí)刻記住并運(yùn)用在各項(xiàng)工作中，今后瓦斯抽采技術(shù)發(fā)展的方向應(yīng)圍繞以下幾方面：
　?。?）進(jìn)行瓦斯抽采技術(shù)篩選及適用性研究，總結(jié)各項(xiàng)瓦斯抽采技術(shù)的應(yīng)用情況、技術(shù)特點(diǎn)、適用范圍和條件、開展適用性研究，為全國(guó)各礦區(qū)的瓦斯抽采提供指導(dǎo)。
　?。?）繼續(xù)研究試驗(yàn)低透氣性煤層強(qiáng)化抽采技術(shù)，提高開采層預(yù)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(xiǎn)性。
　?。?）研制功率大、故障率低、打鉆效率及成孔率高的新型鉆機(jī)及配套沒備，完善打鉆工藝、解決松軟煤層打鉆及成孔問題。
　　（4）研究瓦斯抽采長(zhǎng)鉆孔施工及定向技術(shù)，開發(fā)定向長(zhǎng)鉆孔的監(jiān)控裝置，保證鉆孔的各項(xiàng)參數(shù)能達(dá)到設(shè)計(jì)要求。
　?。?）繼續(xù)地面鉆孔抽采瓦斯的試驗(yàn)開發(fā)，真正做到先抽后采，抽、掘、采三者的平衡。
　　5結(jié)束語
　　瓦斯抽采是治理瓦斯的治本措施，半個(gè)世紀(jì)以來，我國(guó)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(dá)標(biāo)和區(qū)域防突措施先行”4個(gè)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(shù)方面都取得了重大進(jìn)展，為煤炭行業(yè)減少瓦斯事故做出了重大貢獻(xiàn)，也對(duì)環(huán)境保護(hù)和遏制溫室效應(yīng)起到了積極的作用。但是必須清楚的認(rèn)識(shí)到，隨著開采深度的加大，地質(zhì)條件越來越復(fù)雜，瓦斯治理的難度也在進(jìn)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(jìn)行理論研究和科技攻關(guān)，使我國(guó)的瓦斯抽采技術(shù)得到進(jìn)一步的發(fā)展，為我國(guó)煤炭行業(yè)安全高效生產(chǎn)保駕護(hù)航。