浅谈煤炭瓦斯抽采技术的发展与研究余瑞品周波郭泰摘要：文章简要讲解了中国煤矿瓦斯抽采技术的意义及发展历程, 介绍了近年来煤矿瓦斯抽采新技术的发展, 并简要的阐述几种比较适用于我国地质条件复杂的几种抽采方法技术，分析了现有抽采技术下存在的问题。

并对中国的瓦斯抽采技术的发展趋势做出了展望。

关键词：矿井瓦斯；瓦斯抽采；技术发展；抽采技术；展望0 引言广义的矿井瓦斯是指井下有害气体的总称,其主要来源是煤层和围岩内赋存并能涌入到矿井的气体，是腐植型有机物在成煤过程中的伴生物。

为了减少和解除矿井瓦斯对煤矿安全生产的的威胁，利用机械设备和专用管道造成负压，将煤层中存在或释放出的瓦斯抽出来，输送到地面或其他安全的地方并加以利用的做法叫瓦斯抽采方法。

近几年来, 随着煤矿开采深度的增加和开采强度的增大,地应力越来越大，地质条件越来越复杂,瓦斯灾害严重地威胁着矿井工作人员的生命安全,制约着矿井生产的发展。

同时,瓦斯又是一种经济的可燃气体,是一种清洁、方便、高效的能源,研究表明，瓦斯的主要成分CH4 也是一种温室气体，其温室效应比CO2 要强很多，大力抽采瓦斯,既可以充分利用地下资源, 又可以改善矿井安全条件和提高经济效益, 并有利于保护环境和遏制温室效应。

因此,如何更有效地开发和利用煤层瓦斯,一直以来都是广大的科研工作者努力的方向和目标。

我国煤矿地质条件极其复杂，95%以上为井工开采，国有重点煤矿70%以上是高瓦斯、煤与瓦斯突出矿井，大部分为低透气性煤层（渗透率＜1m/d），严重制约着我国煤炭行业安全高效生产，近几年来我国在防治瓦斯灾害方面的观念有了很大转变, 很多矿井都建立了地面永久瓦斯抽采系统，从采掘部署上把瓦斯抽采纳入正规生产的工艺流程,在时间和空间上给予充分保证,促进煤层瓦斯开发和利用的规模化、系统化。

1煤矿瓦斯抽采技术的发展随着煤炭工业技术的发展, 瓦斯抽采技术也得到了不断地提高和发展, 我国煤矿瓦斯抽采技术大致经历了四个发展阶段。

(1) 高透气性煤层瓦斯抽采阶段50 年代初期, 在抚顺高透气性特厚煤层中首次采用井下钻孔预抽煤层瓦斯, 获得了成功, 解决了抚顺矿区向深部发展过程中的瓦斯安全问题, 而且抽出的瓦斯还被作为民用燃料进行利用。

(2) 邻近层卸压瓦斯抽采阶段50 年代中期, 在开采煤层群的矿井中, 采用穿层钻孔抽采上邻近层瓦斯的试验在阳泉矿区首先获得成功, 解决了煤层群开采中首采工作面瓦斯涌出量大的问题。

此后在阳泉又试验成功利用顶板收集瓦斯巷(高抽巷) 技术抽采上邻近层瓦斯, 抽采率达60～70 %。

到了60 年代以后, 邻近层卸压瓦斯抽采技术在我国得到了广泛的推广应用。

(3) 低透气性煤层强化抽采瓦斯阶段由于在我国一些透气性较差的高瓦斯煤层及有突出危险的煤层采用通常的布孔方式预抽采瓦斯的效果不理想、难以解除煤层开采时的瓦斯威胁, 为此, 从60 年代开始, 试验研究了多种强化抽采开采煤层瓦斯的方法, 如煤层注水, 水力压裂, 水力割缝, 松动爆破, 大直径(扩孔) 钻孔, 网格式密集布孔, 预裂控制爆破, 交叉布孔等。

在这些方法中, 多数方法在试验区取得了提高瓦斯抽采量的效果, 但仍处于试验阶段, 没有大范围推广应用。

(4) 综合抽采瓦斯阶段所谓综合抽采瓦斯就是把开采煤层瓦斯采前预抽、卸压邻近层瓦斯边采边抽及采空区瓦斯采后抽等多种方法在一个采区内综合使用, 使瓦斯抽采量及抽采率达到最高。

从80 年代开始随着机采、综采和综放采煤技术的发展和应用, 采区巷道布置方式有了新的改变, 采掘推进速度加快、开采强度增大, 使工作面绝对瓦斯涌出量大幅度增加, 尤其是有邻近层的工作面, 其瓦斯涌出量的增长幅度更大。

为了解决高产高效工作面瓦斯涌出源多、瓦斯涌出量大的问题, 必须结合矿井的地质条件, 实施瓦斯综合抽采。

2我国现有瓦斯抽采技术煤矿瓦斯抽采按抽采瓦斯源的不同可分为四个类型，包括本煤层瓦斯抽采；邻近层瓦斯抽采；采空区瓦斯抽采；围岩瓦斯抽采。

2.1 本煤层瓦斯抽采技术本煤层瓦斯抽采主要包括穿层钻孔、平行钻孔、交叉布孔、穿层网格式钻孔、水力割缝、水力压裂、水力钻孔等方法。

2.2邻近层瓦斯抽采技术邻近层瓦斯抽采方法源于层外开采卸压，随着煤层的开采，边采边抽邻近层的大部分卸压瓦斯。

按其与开采层的位置关系，可分为上邻近层抽采方法和下邻近层抽采方法两大类。

这两类采用的抽采方法类似，包括钻孔抽采、巷道抽采及巷道- 钻孔混合抽采等方法。

2.3采空区瓦斯抽采技术采空区瓦斯虽然来源于开采层丢煤瓦斯、邻近层和围岩向采空区涌出的瓦斯，但由于各种瓦斯源积聚在一起，从采空区涌向开采空间，形成了二次瓦斯源，因此应采取独立的瓦斯抽采措施。

目前有巷道抽采、密闭抽采、埋管抽采、地面钻孔抽采等采空区瓦斯抽采方法。

2.4围岩瓦斯抽采技术围岩瓦斯涌出的方式有两类：一类是受开采层采动影响，开采层顶底板围岩中卸压瓦斯涌出；二是围岩裂隙中瓦斯喷出。

第一类可采用邻近层瓦斯抽采方法，涌入采空区的则有采空区抽采系统抽采，对于第二类可采用钻孔抽采、封闭巷道插管抽采等方法。

3我国矿井瓦斯抽采技术的新进展3.1 大间距上部煤层卸压瓦斯抽采技术研究发现首采层卸压开采后，上向卸压范围为走向卸压角80.8°-84.7°，倾向卸压角83°-85°，上向卸压层间距达10-150 m，采用在被卸压煤层底板弯曲下沉带预先布置巷道钻孔抽采卸压瓦斯的技术方法，抽采率达65%以上。

前期在弯曲下沉带布置巷道，并使其随着下向首采层的推进很好的保留下来是此技术成功的关键。

3.2多重开采下向卸压增透瓦斯抽采技术研究发现多重卸压开采后，下向卸压范围为走向卸压角99.3°-100.1°，倾向卸压角为102°-110.0°，下向卸压距离达15-100 m，采用预先布置巷道和穿层钻孔抽采卸压瓦斯，瓦斯压力可以大幅度降低，煤层透气性系数也可以增加五百多倍，抽采率可达50%以上。

3.3沿空留巷煤与瓦斯共采技术所谓沿空留巷是随着采煤工作面的推进，采用适当的巷旁充填方法，隔绝采空区，沿采空区留下巷道，采用这种方法可以在回采工作面，采空区侧留下一条尾巷，形成Y 形通风，通过这条巷道排放瓦斯和热量，在瓦斯涌出量比较大时，有利于安全生产和改善工人的劳动环境。

另外，在所留的尾巷里可以布置瓦斯抽采钻孔，实现前面开采本煤层煤炭资源，后面同时抽采上下邻近层卸压解吸瓦斯的煤与瓦斯共采布局。

3.4 钻割一体化增透卸压抽采技术我国煤层基本上都是低透气性煤层，瓦斯抽采困难，特别是单一的低透气性煤层，常规的瓦斯抽放方法难以发挥作用，主要存在的问题是：钻孔有效影响范围小，工作面钻孔施工工作量大，抽放效率低，需要采取卸压增透的方法，扩大钻孔有效影响范围，提高瓦斯抽放效果。

钻割一体化技术是将高压磨料射流技术与钻孔施工技术相结合在钻机钻进过程中，由钻机配合钻杆内送入的风或者低压水进行排粉，与钻机共同完成钻进作业。

钻进结束后，钻机停止转动，只进行退钻作业，高压泵站加压，水压达到预定压力值后，清水与高压磨料发生装置产生的磨料粒子相混合，与此同时钻头压控装置完成射流直向钻孔到侧向割缝的切换，进行割缝作业。

通过阀门控制高压磨料射流水的开、关,达到随时钻进随时割缝的要求,从而实现钻割一体化。

3.5网格式穿层钻孔抽采本层瓦斯网格式穿层钻孔的优点是可解决突出煤层打顺层孔时钻喷孔、塌孔问题。

网格式穿层钻孔大面积抽采瓦斯首先是在北票台吉矿10 号煤层进行的,该煤层是我国透气性极低的松软突出煤层之一, 大面积网格式穿层钻孔预抽试验表明, 低透气性煤层尽管预抽瓦斯极为困难, 但在合理布置钻孔、保证预抽时间等技术条件下, 完全能够达到预期的抽采效果, 瓦斯抽采率可达到30 %以上。

目前网格式穿层钻孔成为我国单一松软低透严重突出煤层防突的主要方法, 已在突出严重的白皖等矿区推广应用。

网格式穿层钻孔需要在煤层底板打岩巷, 抽采成本较高。

4目前煤矿瓦斯抽采存在的常见问题4.1 矿井瓦斯抽采设计存在的常见问题1) 矿井瓦斯基础数据缺乏。

目前，部分矿井勘探瓦斯含量等数据少，有些矿井甚至没有，矿井建设揭露煤层后又未及时组织对矿井瓦斯基本参数进行测定；矿井委托编制瓦斯抽采设计时，常不能提供实测的煤层瓦斯压力、瓦斯含量、煤层透气性系数及各煤层的突出危险性等基础数据。

2) 矿井瓦斯抽采设计缺乏针对性。

部分矿井瓦斯抽采设计方案粗糙，未根据矿井实际煤层及瓦斯赋存、采区巷道布置、瓦斯涌出来源及涌出规律等进行设计，提出的抽采方案及措施大多为照抄规程、规范，未针对矿井实际情况提出相应的方案，设计采用的抽采方法和系统设计缺乏合理性，不能正确指导矿井的瓦斯抽采。

3) 矿井抽采能力不匹配、不合理。

由于矿井瓦斯抽采设计基础数据少，瓦斯抽采系统选型计算时，经常出现所选抽采瓦斯泵能力和抽采管路管径不能满足矿井抽采瓦斯的要求，有的又配得过大，导致不必要的浪费。

4) 煤矿企业对设计质量不重视。

部分煤矿企业对抽采设计质量重视不够，只是要求为了应付上级部门的检查，对设计部门要求不严，导致设计质量差，设计文件不能正确指导矿井瓦斯抽采，给矿井安全生产埋下了隐患。

4.2瓦斯抽采过程中存在的问题1) 矿井瓦斯抽采仍存在盲区或高瓦斯区。

基于以下原因: ①矿井钻机能力差，在施工抽采钻孔时，钻孔长度达不到要求; ②工人素质差，常出现做假、虚报钻孔长度的现象; ③地质条件复杂，煤层赋存变化大; ④“采、掘、抽”关系失调，企业只重视出煤，不重视抽采、不按抽采设计组织施工; ⑤抽采钻孔参数布置不合理; ⑥预抽瓦斯时间短等，矿井瓦斯抽采常存在盲区或高瓦斯区，严重影响矿井的安全生产。

2) 抽采瓦斯浓度低。

由于矿井抽采方法选择不合理、抽采钻孔封孔质量差、抽采管路漏气、高低负压管路混合抽采、抽采工艺不合理等原因，常常导致抽采瓦斯浓度低，抽采瓦斯效果差。

3) 抽采瓦斯量小。

①抽采能力不足; ②放水器安装位置不合理或未定期放水使管路积水、抽采管道积渣严重等，导致抽采管路阻力大; ③抽采管路漏气或系统不合理，导致瓦斯抽采量小。

4) 泵房及抽采管路设置不符合要求。

在抽采过程中，矿井常存在着泵房的安全距离不满足要求、抽采管路安全附属设施的设置不满足要求、抽采管路安装不满足要求等问题。

5) 瓦斯抽采管理方面常存在的问题。

①煤矿企业未按照“先抽后采、抽采达标”的要求超前编制抽采规划；②瓦斯抽采工程未超前安排实施，煤层预抽瓦斯时间短; ③“抽、掘、采”不平衡，盲目抽采，抽采未达标就组织生产; ④瓦斯抽采人员配备不足，且缺乏打钻技能人员；⑤抽采管路和设备的日常维护，维护人员素质低，看不出问题; ⑥对瓦斯抽采的原因，未及时组织进行分析和研究; ⑦矿井瓦斯抽采管理，规章制度不健全。