瓦斯抽放技术的应用

前言

随着煤矿机械化水平的提高，以及综采放顶煤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，尤其是存在『临近层的工作面，其瓦斯涌出量的增长幅度更大，采区瓦斯平衡构成也发生了很大变化。由于《煤矿安全规程》中规定工作面允许的最高风速和工作面回风允许的最大瓦斯浓度，决定工作面所担负的瓦斯涌出量是有限的，再者矿井的通风能力、通风系统以及防治煤炭自燃的限制，工作面供风量往往达不到极限供风量，因此为解决高产高效工作面多瓦斯涌出源、高瓦斯涌出量的问题，确保其高产高效必须结合矿l 井的地质开采条件，实施矿井瓦斯抽放。

1 矿井瓦斯和瓦斯抽放的必要性

1 ．1 矿井瓦斯

矿井瓦斯是井下有害气体的总称，主要成份是煤中伴生的甲烷( c | I 4 ) ，从褐煤到无烟煤、吨煤生成甲烷( c H 4 ) 量为6 8 ～ 4 1 9 m 。瓦斯以吸附和游离两种状态赋存于煤孔隙表面和空隙中，一般吸附量占8 5 ％以上，影响吸附瓦斯和游离瓦斯量决定因素：a ．瓦斯压力． b ．煤的性质即纯煤极限吸附量．c ．与压力有关的吸附常数。

瓦斯的化学名称叫甲烷( c } { 4 ) 是一种无色、无味、无嗅、可燃的气体，当空气中瓦斯达到一定浓度( 5 ％～ 1 5 ％) ，并遇高温( 6 5 0 —7 5 0 o C ) 时能引起爆炸，空气中瓦斯浓度达 4 3 ％，氧气浓度小于1 2 ％，可以使人窒息，甲烷的分子直径为0.3 7 6 x 1 0 - g m，密度( 标况) 0.7 1 6 k g/m，比空气轻，与空气相比的相对密度为0 ．5 5 4 ，其扩散速度是空气的1 ． 3 4倍。

1 ．

2 瓦斯抽放的必要性

1 ．

2 ．1 从矿井目前的瓦斯涌出现状来看瓦斯抽放的必要性。七星煤矿西

三区煤层 2 1 1 掘进工作面瓦斯涌出量为0 ． 6 5 m3 ／m i n 、西三区8 煤

层2 0 6掘进丁作面瓦斯涌出量为0 ． 2 9 m 3 ／m i n 、东四区 1 2 煤层 2 1 4掘进工作面瓦斯涌出量为0 ．7 6 m3 ／mi n 。

1 ．

2 ．2 从矿井通风能力来看瓦斯抽放的必要性。采掘工作面实行瓦斯抽

放的必要性判断标准是：采掘工作面设计风量小于稀释瓦斯所需要的风

量，即下式成立时，抽放瓦斯才是必要的。

Q o <

式中Q 一采掘工作面设计风量，m 3 ／s ；Q _ 一采掘工作面的瓦斯涌出

量，m 3 ／mi n ；K 一瓦斯涌出不均衡系数，取K = I ．5 ；c 一《煤矿安全规程》允

许的采掘工作面瓦斯浓度，％，c≤1 ．0 。

根据上面对矿井掘进工作面的瓦斯预测结果，可知七星煤矿西三区

6 煤层2 l 1 掘进工作面绝对瓦斯涌出量为0 ．6 5 m3 ／mi n ，计算设计风量

1 ．6 3 m3 ／s ，实际风量为

2 ． 2 7 m

3 ／s 、东四区1 煤层2 1 4掘进工作面绝对瓦斯

涌出量为0 ．7 6 m3 ／mi n ，计算设计风量1 ．9 0 m3 ／s ，实际风量为3 ．8 7 m a ／s 、东四

区八层四片采面长度1 3 0 m，风量 1 7 0 0 m 3 ／mi n，绝对瓦斯涌出量为2 4 m3 ／mi n，相对瓦斯涌出量为3 4 ．5 6 m 3 ／t ，日产量1 0 0 0 t ／d ，在1 7 0 0 m 3 ／mi n风量情

况下回风瓦斯浓度控制在0 ．7 5 ％以下风排瓦斯1 2 ．7 5 m 3 ／mi n ，所以必须抽

出1 1 ． 2 5 m3 ／mi n 。才能保证工作面瓦斯不超。

因此，从矿井通风能力来看七星矿目前随着开采深度的加大，瓦斯

含量增加，由低瓦斯矿井转变为高瓦斯矿井，建立永久瓦斯抽放系统还

是必要的。

1 ．

2 _

3 从资源和环境的角度来看瓦斯抽放的必要性。瓦斯是一种优质能

源，将抽出的瓦斯进行发电加以利用，可以变害为宝，不仅改善能源结

构，而且减少了对环境的污染，可以取得显著的经济效益和社会效益。

2 矿井概况

七星煤矿为高瓦斯管理矿井，绝对瓦斯涌出量为2 1 ．8 4 m 3 ／mi n ，共有

重点瓦斯T作面3个，分别是 3 5 2 2采煤面和2 1 4 、 2 1 1 掘进面，矿井原设

计生产能力为1 ．2 0 Mt ／ a ，扩建后总生产能力为2 ． 4 Mt ／ a ；日生产能力为8 0 0 0 t ，主采煤层为6 、8 、1 0 、1 2 煤层，煤层平均间距为1 5 —7 6 m，煤质极

为坚硬，透气性差，属较难抽放矿井，多年来，一直采用采空抽放、钻孔采

后的临近层卸压抽放，瓦斯抽放率在1 0 ％左右，抽放效果较差。随着矿井

生产向深部延伸，矿井瓦斯含量增大，瓦斯突出的危险性越来越大，瓦斯

抽放严重滞后，导致矿井生产布局失衡，生产接续日趋紧张，瓦斯危害日

趋严重的不利局面，面对如此严峻的瓦斯危害，如果不从根本上进行治

理，则难以实现矿井的安全生产，更谈不上矿井的持续、稳定发展。为此，

从2 0 0 5年底，开始加大瓦斯抽放力度，进行瓦斯综合治理，防治瓦斯灾

害为重点的生产布局调整，通过二年多的努力初步形成了需抽必抽、长

钻孔、密集孔、强抽放的“掘、抽、采”平衡的新格局，瓦斯抽放量明显增

长，抽放效果显著。

3 瓦斯综合抽放格局

3 ．1 掘进巷道抽放瓦斯

如遇有掘进工作面瓦斯涌出量大或当掘进巷道掘至地质构造带附

近，其瓦斯量可能较大，此时可采用边掘边抽方式。在8。匕层、 1 2 # 煤顶

分层巷道掘进时进行的顺层钻孔抽放，即在掘进机巷、风巷时，每隔4 O 一

5 0 m做一个煤层钻场，向掘进方向布置3 - 6个煤层钻孔，钻孔长度在

6 0 m左右，钻场瓦斯抽放量在1 ．0 ～1 ．5 m3 ／mi n ，而且衰减较快，只能抽放 2

个月左右。

3 ．2 采煤工作面瓦斯抽放，采用综合抽放方法

3 - 2 _ 1 移动泵站抽放采空区瓦斯。工作面上隅角瓦斯多来源于采空区，

属顶、底板冒落，卸压，上区段煤线及残煤的瓦斯涌出，其规律受顶、底板

岩性，煤质和瓦斯含量所制约，因此宜于采用井下移动式抽放泵对工作

面上隅角瓦斯进行局部抽放，利用插管抽放瓦斯的方法，直接抽取高瓦

斯地点的瓦斯，抽放流量在0 ．8 ～ 1 ． 5 m3 ／m i n浓度为1 0 ％- 1 5 ％。

3 ．2 ．2 高位插管抽放或尾巷密闭抽放采空区瓦斯。当工作面推进后底板

卸压，下临近层瓦斯不一定通过钻孔而被抽走，有可能直接涌入上层工

作面采空区，使下临近层钻孔抽放效果受到影响，而使回采时采空区瓦

斯涌出较大且不易解决。在此种情况下，可采用高位插管法抽放采空区

瓦斯，即向采空区插铁管，管口位置要抬高，插管间距8 0 m左右，视双巷

联络／j , ) l I 间距来决定，插管管径 5 0 m m；或者采用分段小尾巷、密闭巷道