摘要：通过对镇雄县煤矿瓦斯来源，瓦斯分布规律的分析，并结合矿井的实际瓦斯情况，特别是采空区，采取了相应的抽采方法，通过系统梳理和总结镇雄县现在比较成熟的赵院煤和大水溪煤矿等21对煤矿瓦斯抽采设备，瓦斯抽放系统管理及运行情况，分析其特点及应用情况条件，进行适用性研究，以便全县范围内推广使用。
关键词：煤矿；瓦斯；抽采
1．瓦斯来源和分析
1.1采空区瓦斯的来源
煤层开采前，原始的煤层、围岩与瓦斯流体组成的系统处于均衡状态，开采后，随着工作面向前推进，工作面后方的煤层顶板不断冒落下来，形成采空区，采空区上方煤层、岩层产生变形、下沉及断裂等变化，形成裂隙、裂纹，从而改变了瓦斯原来的流动状态和赋存状态，瓦斯从煤层及围岩中通过贯穿的空隙空间向着采空区和工作面流动，甚至大量的涌出。
回采工作面瓦斯涌出包括三部分，即落煤瓦斯涌出、煤壁瓦斯涌出及采空区瓦斯涌出。对于分层开采或一次不能采全高的工作面，采空区瓦斯涌出可分为四部分，即围岩瓦斯涌出、未采分层瓦斯涌出、回采丢煤瓦斯涌出和邻近层瓦斯涌出。这四部分瓦斯随着采场内煤层、岩层的变形或垮落而卸压，按各自的规律涌入采空区，混合在一起，形成瓦斯源。
1.2采空区瓦斯涌出量的分析
采空区瓦斯的运动表现为是向纵深上部浓度逐渐递增的发展趋势。采空区中的瓦斯还通过煤岩体的孔、裂隙不断向回采工作面上隅角运移，造成工作面上隅角瓦斯急剧积聚与超限，工作面回风流中的瓦斯浓度会不断上升，从而造成瓦斯事故发生。因此，治理回采工作面及其回风流中的瓦斯，关键应从治理现采空区瓦斯涌出量着手，切断涌向回采工作面上隅角瓦斯来源的通路和改变采空区瓦斯流动状态，以减少采空区瓦斯涌向回采工作面及其回风流中的瓦斯量。
总的来看，镇雄县煤炭工业存在小煤矿数量偏多，煤矿投资不足，业主短期行为突出，为节省投资在开拓布置时往往采取前进式开拓布置，不利于水和瓦斯等的管理，因采空区漏风在采煤工作面进风流中有一定浓度瓦斯，如：镇雄县沟门口煤矿，总回风巷瓦斯经常超限，采取多种方法老是降不下来，后来经过认真调查研究找准原因，采空区漏风严重导致采煤工作面进风流中瓦斯浓度达到0.4%，后来采取低负压抽放采空区瓦斯，解决进风流中含瓦斯的问题，最终将总回风巷瓦斯降到允许范围。因此，镇雄县煤矿瓦斯抽放的重点是采空区瓦斯抽放，21矿建有瓦斯抽放系统中，13对只装低负压瓦斯抽放系统抽采空区瓦斯，占21矿61.9%，8对装有高低负压瓦斯抽放系统抽采空区瓦斯和预抽煤层瓦斯，占21矿38.1%。
2．采空区瓦斯抽采方法
2.1瓦斯抽放的意义
矿井瓦斯抽放和利用工作，在我国已有较长的历史，取得了较好的成绩，我县已经有21矿安装瓦斯抽放系统，7对高瓦斯矿装有高低负压瓦斯抽放设备，占安装抽放煤矿总数的33.3%，14对瓦斯煤矿装有低负压瓦斯抽放设备专抽采空区瓦斯，70%的煤矿使用效果较好。同时已形成一定的设备能力和规模，具备了一套完整的抽放管理的规章制度，取得了较为丰富的经验，为保证煤矿安全起了较为重要的作用，为今后瓦斯抽采利用和保护环境奠定了良好的基础。
瓦斯事故一直是煤矿重大事故之一。2008年至2013年，镇雄县发生多起瓦斯事故，分别是（1）2008年2月15日，乌峰镇杨家沟煤矿发生一起瓦斯爆炸事故死亡1人，直接经济损失23.1万元；（2）2008年7月9日，泼机镇沟门口煤矿发生一起瓦斯爆炸事故2死7伤，直接经济损失253.1万元。（3）2009年5月15日，伍德镇茶山煤矿发生一起瓦斯爆炸事故死亡10人，直接经济损失510余万元；（4）2010年11月4日，中屯镇平顶山煤矿发生一起瓦斯燃烧事故受伤14人，直接经济损失19.83万元；（5）2010年11月18日，林口乡刘家坡煤矿发生一起瓦斯爆炸事故死亡5人，直接经济损失413.8万元；（6）2012年4月10日，乌峰镇毡帽营煤矿发生一起瓦斯燃烧事故，造成14人受伤，直接经济损失57.3万元；（7）2013年3月1日，雨河镇凉水沟煤矿发生一起瓦斯爆炸事故死亡8人，直接经济损失600余万元。（8）2013年7月8日林口乡大石包煤矿瓦斯燃烧事故，造成2人死亡，1人受伤，直接经济损失178.19万元。
瓦斯又是一种可贵的化工原料和十分清洁的燃料。瓦斯作为燃料用于居民做饭和烧锅炉，在我省很多矿己很普遍。利用瓦斯作为一次能源，发展瓦斯发电一供热的综合利用，在经济上是合理的。省内曲靖多家煤矿已经建立了煤矿瓦斯电站，相邻威信县花家坝煤矿建立了煤矿瓦斯电站。我县瓦斯储量十分丰富，有很大潜力，我县在瓦斯发电方面也做了大量前期工作，招商建设瓦斯发电厂，今年5月，镇雄县长岭煤矿700×3的一期瓦斯发电项目已经竣工验收发电，日发电量28000度。
2.2我县煤矿瓦斯抽放存在的问题
目前，我县煤矿总体瓦斯抽放效果不佳，具体表现为瓦斯抽出量少，抽放率低。导致我县煤矿瓦斯抽放率低的原因来自两个方面：一方面是客观原因，因为我县90%以上的高瓦斯矿井所回采的煤层属于低透气性煤层，瓦斯抽放（特别是预抽）难度非常大；另一方面是主观原因，主要表现为抽放时间短、钻孔工程量不足、封孔质量差、抽放系统不匹配和管理不到位。
2.3采空区瓦斯抽放。
2.3.1适合采空区瓦斯抽放的条件：
一是在回采过程中上隅角及回风巷瓦斯浓度高，经常造成瓦斯超限，影响正常生产，而采用通风措施解决这部分瓦斯有困难时。
二是上隅角采空区内顶板塌落空间中，瓦斯浓度经常处于4%以上，并且流入回风巷的采空区瓦斯达到工作面瓦斯涌出总量的40一50%时。
三是开切眼处标高高于停采线处标高，地势呈上坡状态。
四是回风巷不与其他工作面采空区相邻。
五是采用通风措施解决有困难时，也可以采用采空区瓦斯抽放措施。
2.3.2采空区瓦斯抽放方法
采空区瓦斯抽放根据地质条件、采煤方法和采空区瓦斯涌出量的不同，可以采用下列几种方法：密闭法、插管法、向冒落拱上方打钻孔法、在老顶岩石中打水平钻孔法、直接向采空区打钻孔法、地面垂直钻孔法、瓦斯巷道抽放法等。目前我县煤矿采空区瓦斯抽放主要采用密闭法和插管法两种方法。
由于工作面回采方法和巷道布置的差异，导致抽放采空区瓦斯的方法较多，其中抽放效果较好的方法有好几种，下面是常用几种方法：
2.3.2.1插（埋）管抽放采空区瓦斯方法。一般有：密封回风巷与尾巷间横贯插管抽放采空区积聚瓦斯方法、密闭尾巷抽放采空区积聚瓦斯方法、埋管抽放采空区积聚瓦斯方法3种，都属于边采边抽采空区瓦斯方法，而前两种适用于适用于有尾巷布置的工作面。
上隅角埋管的方法为每隔30m左右在回风巷抽放管上留一个三通接口，当回采工作面推进到三通前一个班时（放顶前），用胶管连接抽瓦斯埋管，埋管直径100mm，前端为割有20mm×30mm的小缝隙筛管。埋管尽量插入采空区，而且筛管应抬高距底板有一定高度，以防止积水，煤泥堵塞筛管裂缝。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆插（埋）管法为辅助抽放瓦斯措施，缺点有：受插（埋）管位置影响，抽放量渡动较大，抽放浓度有时处于爆炸范围，必须加强安全管理，一般另设专用管路抽放；加强自然发火检测。
2.3.2.2工作面上隅角瓦斯抽放方法。上隅角局部积聚瓦斯处理方法除改变回采工作面通风方式外，应采用专用装备抽排上隅角瓦斯，如引射器，移动抽放泵站等。目前较常用的井下移动泵站插管抽放（排）上隅角瓦斯。镇雄县大营煤矿就采用移动抽放泵站抽放上隅角瓦斯，效果很好。
具体做法是：将抽放管插入上隅角的最大深度可根据上隅角瓦斯浓度分布点确定。为了移动方便，可用伸缩软管与抽放管相联接，插管可以一根，也可以多根。
插管抽（排）放上隅角低浓度瓦斯在我国许多高瓦斯高产工作面广泛应用。由于浓度低，混合量大，所以要求抽放系统（泵及管路）能力较大。
2.3.2.3瓦斯释放孔释放迎头煤体瓦斯。镇雄县狮子山煤矿采取瓦斯释放孔释放迎头煤体瓦斯减少煤巷掘进工作面瓦斯涌出及解决放炮瓦斯超限的有效措施，应用效果非常明显。
2.3.2.4实施尾巷抽采排放瓦斯。刘家坡煤矿高档普采工作面其推进度较快、割出的煤破碎加之我矿C5b煤层与C6a煤层层间距平均只有2.3米，底板瓦斯涌出量较高，相对于炮掘机采工作面瓦斯绝对涌出量增大，集聚的瓦斯向工作面涌出；很容易造成上隅角、采面回风巷瓦斯超限。为了解决采面上隅角及回风巷瓦斯超限，刘家坡煤矿决定实施尾巷技术治理采煤工作面上隅角及瓦斯超限问题。尾巷排放瓦斯是防止和消除回采面回风巷、上隅角瓦斯超限、积聚的有效措施之一，通过尾巷布置治理高档普采面瓦斯的技术，解决了上隅角、采面回风巷超限以及来压时瓦斯大量涌出等影响工作面安全和生产的关键问题。
2.3.3老采空区瓦斯抽放方法
老采空区内容易积聚着大量瓦斯。随着上邻近层的卸压范围增大，远距离邻近层也会下沉而卸压涌出瓦斯。
2.3.3.1密闭插管大面积老采空区瓦斯抽放方法。当相邻多个工作面采完时，时常会互相联通。故可在最后一个工作面的回风尾巷密封处，增设一道密封，插入大直径管予进行抽放。
2.3.3.2井下钻孔抽放老采空区瓦斯方法。抽放瓦斯钻孔可以从已采区的保留巷道向老采空区打高仰角走向钻孔，也可以从下一工作面回风巷或尾巷打高仰角的穿层钻孔。
2.3.3.3地面钻孔抽放老采空区瓦斯方法。一般在地面钻孔抽放上邻近层瓦斯后，可以在工作面回采结束后继续再抽放老采空区瓦斯1～2s，国内外应用效果都较好。
2.3.4结合镇雄县赵院煤矿实际谈低负压采空区瓦斯抽放。下面就以镇雄县赵院煤矿为例介绍采空区瓦斯抽放方法。
2.3.4.1镇雄县赵院煤矿瓦斯抽放基本情况。镇雄县赵院煤矿是低瓦斯矿井，初步设计和安全设施设计没有要求安装瓦斯抽放系统，为加强瓦斯治理，煤矿安装瓦斯抽放系统主要抽放采空区瓦斯。主要抽放设备6台瓦斯抽放泵投资430万元。共有6台瓦斯抽放泵，其中2BEC-67型瓦斯抽放泵2台、2BEC-62型瓦斯抽放泵2台、2BEC-40型瓦斯抽放泵2台，抽放管路沿风井铺设2趟，主管直径500mm，高负压主管路铺设至1156回顺口，支管采用选用DN350、DN250型PVC管铺设至抽采点，低负压全部采用材质DN500型PVC管，其中高负压管路可以回收利用，低负压则不能二次回顺利用。其他设备（含钻机等）数量及价格等投入136万元。征地面积1400m²，征地100000元；泵房建筑面积600m²，建筑费用600000元。
2.3.4.2赵院煤矿1155综采工作面采空区瓦斯抽放效果。通过采空区瓦斯抽放等瓦斯综合治理措施，该矿2015年抽放系统运行前上隅角瓦斯浓度在回采期间会出现超限情况，经常报警，达到1.0%和1.3%，甚至一停电10分钟即瓦斯抽放泵停止工作（因抽放设备没有实现双回路），工作面瓦斯报警装置马上报警，恢复运行后上隅角瓦斯浓度5分钟内到正常值；工作面及其回风巷、采空区上隅角瓦斯浓度始终分别控制在0.5%和0.7%以内，效果良好，彻底解决了1155综采工作面瓦斯时有超限的现象。
2.4综合瓦斯抽放方法
2.4.1综合瓦斯抽放方法概念，综合瓦斯抽放方法，即把开采层预抽瓦斯、抽放卸压层瓦斯、抽放采空区等抽放方法加以综合使用。该方法是在一个采区同时把几种抽放方法加以最佳配合，尽可能把不同来源的瓦斯抽出来。
2.4.2适合综合瓦斯抽放煤矿。瓦斯等级鉴定最高相对瓦斯涌出量接近10 m³/t或10 m³/t以上的高瓦斯煤矿，要采取预抽瓦斯为主和采空区抽放相结合的综合抽放方法，类似煤矿镇雄县有8对。
2.4.3结合镇雄县大水溪煤矿实际谈综合瓦斯抽放。下面就以镇雄县大水溪煤矿为例介绍预抽瓦斯为主和采空区抽放相结合的综合抽放方法。镇雄县大水溪煤矿瓦斯抽放系统投资600万元。
2.4.3.1大水溪煤矿基本情况。大水溪煤矿属低瓦斯矿井，历年来瓦斯等级鉴定最高相对瓦斯涌出量9.65m³/t、最高绝对瓦斯涌出量0.67m³/min。初设及专篇虽未有瓦斯抽放设计，但为彻底解决矿井建设及今后生产过程中的瓦斯隐患，经矿务会议决定，投资近600万元建立有髙低负压瓦斯抽放系统，髙负压瓦斯抽放系统预抽煤层瓦斯，低负压瓦斯抽放系统抽采空区瓦斯。
2.4.3.2大水溪煤矿1151首采面综合瓦斯抽放。该矿主要采用本煤层预抽瓦斯为主，先抽后掘、边掘边抽、边采边抽和采空区抽放相结合的综合抽放方法。1151首采面回采巷道掘进时，预抽煤层瓦斯范围必须控制在巷道轮廓线外8m以上，工作面前方在40m以上，且在该范围必须将煤层瓦斯含量降到8m3/t以下；工作面在联合试运转之前进行本煤层预抽，并进行瓦斯抽采达标评判；联合试运转时采用边采边抽和采空区埋管方法法抽放瓦斯。
2.4.3.2大水溪煤矿1151首采面综合瓦斯抽放效果。通过瓦斯抽放等瓦斯综合治理，该矿2013年第三季度联合试运转时，工作面及其回风巷、采空区上隅角瓦斯浓度始终分别控制在0.6%和0.8%以内，效果良好，彻底解决了机械化改造前炮采工作面瓦斯时有超限的现象。
3结语
我们走过了昨天积累了许多方法，但由于生产和封闭采空区的瓦斯涌出成因不同，使得形成瓦斯的分布规律也不同。因此工作中必须根据采空区的实际情况，选择合理的抽采方式进行瓦斯抽采。展望未来我县的煤矿瓦斯抽放水平将会取得更好发展，一是抽放技术会更加成熟，特别是采空区瓦斯抽放技术会更加成熟，管理更加完善、科学；二是随着回采深度及强度的加大，更多煤矿将采用综合瓦斯抽放技术抽放瓦斯，矿井瓦斯抽放率将有大幅提高；三是随着回采深度及强度的加大，研究的深入，瓦斯抽采发电等的利用必然会促进瓦斯抽放技术的发展。
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作者简介：
邓声炜，云南省镇雄县煤炭工业局生产技术股副股长，兼镇雄县矿山救护队工程师
论文作者:邓声炜
论文发表刊物:《基层建设》2017年第20期
论文发表时间:2017/11/1
标签：瓦斯论文; 采空区论文; 工作面论文; 煤矿论文; 镇雄县论文; 方法论文; 煤层论文; 《基层建设》2017年第20期论文;