浅谈本煤层瓦斯抽采
作者：毛祖彬
来源：《中国化工贸易·下旬刊》2017年第04期
摘要：煤矿瓦斯是煤矿安全生产的天敌，它不仅会导致煤矿作业人员窒息，损害人类身心健康，同时它还能引发煤与瓦斯突出、瓦斯煤尘爆炸、造成矿毁人亡；同时瓦斯还是地球大气的主要污染源。
因此有效治理瓦斯，以瓦斯作为资源，实现煤与瓦斯共采，达到消突目的，并充分利用瓦斯，降低其对大气污染，是摆在当今世界煤炭开采业的一个主要课题，下面就煤层气综合利用；煤层气抽采；煤与瓦斯共采及矿井瓦斯抽采系统等方面作简要阐述。
关键词：煤层气综合利用；瓦斯抽采技术；煤与瓦斯共采；瓦斯抽采系统
1 抽采瓦斯的可行性与抽采方法
1.1 根据未卸压煤层参数，可将煤层瓦斯抽采的通难易程度划分三类
见下表：
1.2 抽采方法（见下表）
根据抽采时间与采掘关系，本煤层瓦斯抽采可分为：预抽煤层瓦斯；边采（掘）边抽煤层瓦斯。
根据瓦斯的收集方式又可分为：巷道抽采煤层瓦斯；钻孔抽采煤层瓦斯。
2 抽采方法选择
①容易抽采的煤层，宜采用本煤层预抽方法，采用顺层或穿层钻孔布孔方式；②可以抽采的煤层，可采用顺层、穿层钻孔预抽或边采边抽方式，分层开采的厚煤层，可利用先采分层的卸压作用抽采未采分层的瓦斯；③单一低透气性高瓦斯煤层，可选用加密钻孔、交叉钻孔、水力割缝、水力压裂、松动爆破、深孔控制预裂爆破等方法强化抽采；煤与瓦斯突出危险性较大煤层，应选择穿层网络预抽方式；④煤巷掘进瓦斯涌出量较大的煤层，可采用边掘边抽或先抽后掘的抽采方法。
3 钻孔法预抽本煤层瓦斯
3.1 穿层钻孔布置方式
采用穿层钻孔抽采本煤层瓦斯，透气性较好的煤层，钻孔直径为75～120mm；透气性较差煤层，钻孔直径为200～300mm，钻孔布置的合理性主要取决于钻孔抽采瓦斯的有效影响范围，抽采钻孔的合理布置，应根据矿井开拓、开采条件，可能安排的预抽时间，钻孔必须抽煤层瓦斯的时间和空间，以获得最佳抽采效果。
3.2 顺层钻孔的布置方式
抽采本煤层中的瓦斯，为顺层布置方式，该方式可用于石门见煤处、煤巷或采煤工作面。
在煤层工作面的开切眼、运输巷和回风巷均匀布置钻孔，抽采一段时间后再进行回采，以减少回采过程中的瓦斯涌出量。
顺层钻孔预抽适用于：单一煤层；煤层有抽采效果；煤层赋存条件稳定；地质变化小；钻孔要提前打好；有较长的预抽时间。
4 边采（掘）边抽本煤层瓦斯
边采（掘）边抽本煤层瓦斯是在未经预抽或预抽时间不足的条件下，解决开采煤层采掘过程中瓦斯涌出问题的一种有效抽采方法。
该方法主要是利用采掘过程中形成的卸压作用抽采煤层中的瓦斯，以降低回采或掘进中涌入回风流中的瓦斯量。
4.1 边采边抽本煤层瓦斯的布置方式
厚煤层边采边抽本煤层瓦斯可采用顶板钻孔布置方式，根据巷道布置方式不同在煤巷或岩巷内开孔。
这些抽采钻孔只要未被采穿，可一直抽采。
边采边抽瓦斯抽采量随工作面推进，工作面前方卸压带钻孔瓦斯涌出量显著增加。
当钻孔距工作面过近，因煤体过分破碎、裂隙沟通，使大量空气进入抽采钻孔，便失去抽采意义。
4.2 边掘边抽本煤层瓦斯的布置方式
煤巷掘进为了解决工作面瓦斯涌出量大的问题，可采用边掘边抽本煤层瓦斯的布置方式，利用巷道两帮卸压条带向巷道前方打钻孔抽采瓦斯，孔径一般为50～100mm，孔深一般在200mm以内。
这种布孔抽采可减少掘进工作面的瓦斯涌出量，同时达到防止瓦斯突出的目的。
4.3 边采（掘）边抽采本煤层瓦斯的适用条件
①适用瓦斯涌出量大，时间紧、预抽法不能满足要求的地区；②在抽采过程中，可借助回采过程的卸压作用，使抽采区域煤体松动，增大煤层的透气性，提高煤层瓦斯的抽采效果；③该方法是在采区掘进准备工作完成后或掘进过程中进行，实际应用中可根据采区各局部地点的瓦斯量大小，投入相应的边采（掘）边抽工程量。
5 煤层透气性低的增透措施
5.1 深孔预裂控制爆破强化抽采瓦斯方法
在采煤工作面的运输巷和回风巷布置平行于工作面、相隔一定间距，孔深50m左右的爆破孔和控制孔，两者交替布置，控制孔内不装药，爆破孔装药段长30m左右，利用压风装药器进行连续耦合装药，孔内辅以导爆索正向起爆。
利用炸药爆炸的能量和控制孔导向、补偿作用，使爆破孔与控制孔之间煤体产生新的裂隙，并使原生裂隙得以扩展，从而提高煤层透气性，增加瓦斯抽采量。
5.2 水力割裂强化抽采瓦斯技术
当工作压力Pw=10～30Mpa时，喷嘴直径d0=3mm，喷射流量最佳距离小于100 d0由于煤的坚固性系数不同，水射流切割煤体的实际效果与工作压力（水压）有关。
（关键装置：对称式喷嘴活塞式射流器）
试验表明：煤的f=0.7～1.1，Pw=15～18Mpa，喷嘴直径为4mm，可在钻孔两侧形成深大于0.5m，高0.2 m的缝槽；对于软煤层直径为3mm喷嘴，割缝深度为0.5～0.8m；直径为4 mm喷嘴，割缝深度0.7～1.1m，在水射流工作压力为15～18Mpa，喷嘴直径为4mm所需水量可按下式计算：Qw=11.8 d02Pw
式中：Qw—一个喷嘴所需水量，m3/h；
d0—喷嘴直径，mm；
Pw—喷嘴工作压力，Mpa。
实践表明，经过水力割缝的钻孔，瓦斯涌出强度增加，但瓦斯涌出衰减系数仍接近未割缝钻孔。
水和割缝形成的松动卸压影响范围可达1～10m，水力割缝不仅增加了煤层暴露面，而且更扩大了有效抽采范围。
对于透气性低的煤层，水力割缝措施能较好地提高瓦斯抽采量，为非割缝钻孔的2.2倍～2.6倍，50多天后割缝钻孔的自然瓦斯涌出量仍然比非割缝钻孔大41%。
5.3 井下水力破裂法抽采瓦斯
水力破裂法是在井下施工，压裂液为清水，不带砂，压裂液向煤体压入的速度一般在0.5 m3/min（小排管）以下，要求钻孔附近存在自由暴露面，压裂钻与邻近钻孔和巷道暴露面压通破裂，煤层内煤、水能顺利地排出，在钻孔周围有卸压作用。
水力破裂的孔间距40～50m，钻孔用澎胀水泥封孔，密封性应能承受17～20 Mpa的压力，套管要下到钻孔内30～40m处。
井下巷道打钻孔实施水力破裂效果：
①当单纯用水力破裂钻孔抽采瓦斯时，控制范围内的煤层瓦斯抽采率为10～20%；②当煤层经水力破裂措施后，在破裂区内补打抽采瓦斯钻孔，用水力破裂的钻孔及新补的抽采钻孔联合抽采瓦斯时，抽采率可达50～60%。
但采用这一措施时，必须有大功率高压水泵、高压管线、阀门及接头、深孔封孔材料及装置等适合井下应用的装备。
5.4 水力空穴法抽采瓦斯
以水作动力，在无自由面条件下，强制煤随高压水一起从钻孔中喷出，使钻孔周围形成空穴，煤体卸压，改善瓦斯流动条件。
具体做法：通过钻孔向煤层快速压入高压水，破碎煤体；然后突然卸压放水，在高压水放出的同时，钻孔周围煤破碎，并随水一起喷出，形成空穴。
为了减少湿润水对煤体瓦斯流动阻抑作用，可以采用高压惰性气体作动力，利用突然卸压的高压气体破坏煤体关带出煤体，使钻孔周围形成卸压空穴。
试验表明：对硬煤层有时带出煤量较小，对软煤层往往堵塞钻孔会影响空穴范围扩大。
5.5 交叉钻孔抽采本煤层瓦斯
采用平行（2.35m）与斜交钻孔同时布孔方式，称交叉布孔法抽采瓦斯，它是在密集钻孔及大直径钻孔抽采瓦斯的基础上发展起来的。
对于低透气性煤层，当钻孔孔径加大及数量加密到一定程度后，如再要加大、加密，布孔位置、打钻施工就有困难，经济效益受到影响。
交叉布孔方式，在钻孔空间交叉处的煤体塑性变化增大，相当增加了钻孔孔径，因而扩大了煤体的松动卸压范围，必须使两钻孔之间煤体变形互相影响，并保证钻孔不相互贯通。
模型试验表明：钻孔交叉点之间的高程差为5～8D[3～4.5m，D为钻孔直径（65mm）]时效果较好，每一个钻孔的交叉点越多，卸压影响范围也越大，抽采效果越好（预抽瓦斯量增加56～83%）。
在工作面巷道布置交叉钻孔时，平行钻孔开孔位置与巷道底板距离h1=0.8～0.9m，孔径为
75mm，钻孔方向垂直于巷道，孔间距为5 m，斜向钻孔开孔位置与巷道底板距离为1.1～
1.3m，孔径为75 mm，钻孔方向通向工作面与平行钻孔夹角15～20°落，孔间距为5 m，平行钻孔和斜向钻孔孔口的水平投影间距为
2.5 m。
6 结语
煤与瓦斯共采，煤层气综合利用是一项利国利民的工程，而瓦斯抽采工程技术是一项复杂的系统工程，各矿瓦斯抽采的具体参数还要结合本矿的具体实际，通过实测得来，因此这里主要介绍煤层气抽采利用和瓦斯治理方法，但各矿的抽采方法也是因矿而异。
最终目的是实现突
出矿井区域防突措施做到多措并举、可保必保、应抽尽抽、效果达标。
突出矿井不掘突出头，不采突出面。
并实现煤与瓦斯共采、煤层气综合利用。
参考文献：
[1]刘丁豪.易燃煤层综采工作面瓦斯综合治理技术[J].煤，2017，26（04）：42-43.
[2]晋树青.立体式本煤层瓦斯抽采方法在岳城煤矿的应用[J].煤炭技术，2015，34（09）：152-154.
[3]徐青伟，王兆丰，徐书荣，王立国.多煤层穿层钻孔瓦斯抽采有效抽采半径测定[J].煤炭科学技术，2015，43（07）：83-88.
[4]梁冰，袁欣鹏，孙维吉.本煤层顺层瓦斯抽采渗流耦合模型及应用[J].中国矿业大学学报，2014，43（02）：208-213.
[5]张海庆.本煤层双套管高效瓦斯抽采技术及应用[J].煤炭科学技术，2013，41（04）：64-67.
[6]王宏图，江记记，王再清，胡国忠，袁志刚.本煤层单一顺层瓦斯抽采钻孔的渗流场数值模拟[J].重庆大学学报，2011，34（04）：24-29.。