工作面采空區瓦斯立體式抽采技術的應用探究

礦井瓦斯事故是煤礦安全生產最嚴重的危害之一。以往防治煤礦瓦斯突出最主要的手段就是在煤層上多打孔，長期抽排瓦斯，降低瓦斯壓力。但隨著煤礦挖掘深度的不斷增加，瓦斯含量越大，就必須運用更好的瓦斯抽采方法，以降低煤層瓦斯壓力及含量，解決綜采工作面瓦斯超濃度超限問題。

　　1   采空區的瓦斯抽采方法

　　在厚煤層的開采過程中會導致大量的瓦斯涌入采煤工作面，利用瓦斯抽采技術將來自于采煤工作面的瓦斯資源進行有效開發。可以根據巷尾布置的差異性和不同的工作面的開采方法，在抽采作業時可以采用高位鉆孔抽采、高抽巷抽采以及地面鉆孔抽采等多種瓦斯抽采技術。

　　2   礦井采空區瓦斯抽采的現存問題

　　高抽巷抽采技術也存在不利期，高抽巷層位布置不合理，過高或過低均不能達到有效抽采卸壓瓦斯的效果和受地面抽采泵站的能力限制，無法提升工作面高抽巷的抽采能力，導致抽采瓦斯的量小。我國的采空區瓦斯抽采技術雖然有了很大的進步，但是，瓦斯抽采技術效果仍然存在很多不之處。

　　2.1 低滲透煤層瓦斯抽采產業化難度大

　　在開采單一低滲煤層開采之前必須預先做強化預抽處理，提高瓦斯的抽采率。當前常用的強化預抽手段有：（1）將大量的水注入煤層中。（2）用大量摻入化學物質的水灌入頁巖層進行液壓碎裂以釋放天然氣的目的。（3）利用專門的水力切割或壓裂機具，實現向鉆孔內部供水進行不同方向的切割或整體的壓裂，達到提高煤層透氣的目的。在一定程度上做到了提高瓦斯抽采的效果，但存在局限性，目前，還沒有大范圍的應用和推廣。當前礦井采空區瓦斯抽采中低滲透煤層的強化預抽仍是急需解決的難題。

　　2.2 采空區瓦斯抽采方法的組合優化

　　所謂綜合抽采瓦斯，就是將開采煤層瓦斯采前預抽、卸壓鄰近層瓦斯邊采邊抽、采空區瓦斯采后抽及地面抽采等多種方法在一個采區內綜合使用，使瓦斯抽采量及抽采率達到最高。在抽采系統中，封孔質量和抽采鉆孔影響抽采質量。由于不同地區的礦井實際情況和地質構造存在差異，導致了封孔技術各不相同。因此，需要根據實際的情況進行完善封孔技術。抽采從業人員在采空區瓦斯綜合抽采瓦斯時應注意幾個方面：（1）抽采方式設計組合。在抽采過程中，要想抽采達到最理想效果，就需要根據不同地質情況采用不同的采空區瓦斯抽采技術組合。（2）鉆孔參數的最優組合。由于瓦斯抽采時間存在差異，就需要挖掘不同的規劃方案，設計多種優化組合的鉆孔參數。（3）優化封孔工藝與技術。加大對不同封孔技術和新型封孔技術的優化配合研究，提升封孔質量。

　　3   綜采工作面采空區瓦斯抽采技術的應用

　　3.1 高位鉆孔瓦斯抽采技術

　　目前礦井采空區瓦斯抽采主要采用高位鉆孔瓦斯抽采技術。其原理是以回采工作面采動壓力形成的頂板采動裂隙作為抽采瓦斯的通道，有效攔截鄰近煤層涌入回采工作面的卸壓瓦斯，同時，利用鉆孔的負壓作用改變采空區氣體流場分布，從根本上解決因為采空區瓦斯大量涌出造成工作面上隅角及回風巷道瓦斯超限的問題。

　　高位鉆孔抽采采空區瓦斯的效果：當開采煤層的瓦斯含量小、采空區瓦斯壓力低時，就應采用破碎的方法釋放瓦斯，因受裂隙帶高度的影響鉆孔無法到達裂隙帶中，導致了鉆孔無法發揮其作用，可以采用高位鉆孔抽采采空區瓦斯技術。

　　3.2 高抽巷瓦斯抽采技術

　　選取的高抽巷位置是否合理將會直接影響鄰近層瓦斯的抽采效果。假如在冒落帶巖層內布置巷道，工作面推進時高抽巷道隨巖層冒落易遭破壞。除此之外，高抽巷處于矸石自然堆積區內受工作面通風量的影響，該區域的瓦斯濃度不穩定，抽出瓦斯濃度低，抽出的瓦斯量小，抽放效果不理想。假如把高抽巷布置在彎曲下沉帶巖層內，保存了原有巖層完整性，透氣性不佳，那么就會抽不出來瓦斯。因此，應該在裂隙帶巖層中布置抽放巷。由于裂隙帶瓦斯主要通過煤體或裂隙，以滲流的形式流入裂隙帶，其受工作面風量變化影響比較小，那么其內瓦斯濃度也較大。值得注意的是當高抽巷層位置比較高時，在裂隙帶上方，接近緩慢下沉帶，抽采效果較差。

　　高抽巷抽采采空區瓦斯技術的效果：高抽巷抽采采空區瓦斯技術的主要技術特點是易于管理、較長的瓦斯抽采周期以及抽采的瓦斯含量高等，然而，利于該技術抽采瓦斯需要挖掘巷道，成本高且工程量大。抽采瓦斯需要較高的負壓環境，所以在需要在上鄰近層開采或厚煤層的情況下效果明顯。當瓦斯抽采量增加且超過一定限度時，影響的就只有采空區。從治理上隅角的穩定性上分析，水環真空泵的抽采負壓要比礦井通風負壓大，采空區冒落煤情況對頂板高抽巷道抽采量有比較小的影響，特別是對于工作面周期來壓時.頂板高抽巷道抽采的礦井采空區瓦斯的量會持續穩定，這樣對工作面瓦斯治理具有促進的作用。所以說，上隅角和回風巷瓦斯超限現象，能夠通過頂板高位巷道密閉抽采礦井采空區瓦斯技術。 　　3.3 立體式抽采治理

　　瓦斯治理最重要的工作是將瓦斯煤層抽采到低瓦斯狀態進行開采，所以要積極實施立體式瓦斯抽采治理技術。抽采瓦斯的主要方式有：（1）穿層鉆孔預抽。在采煤工作面順槽掘進前，從底板巷施工穿層鉆孔，預抽煤巷條帶瓦斯并卸壓消突，掩護煤巷安全掘進;（2）順層鉆孔預抽。在回采工作面兩順槽內施工順層鉆孔，預抽本煤層瓦斯。（3）地面鉆井抽采。利用地面瓦斯抽采鉆井，抽采煤層瓦斯及上覆鄰近煤層卸壓瓦斯。（4）頂板鉆孔卸壓抽采。在工作面回采期間，從軌順巷幫鉆場施工頂板走向鉆孔抽采采空區瓦斯，代替了高抽巷抽采瓦斯，除了能節約成本，還可以在工作面回采期間兼作防火鉆孔。

　　通常情況下，直徑較大的鉆孔暴露的煤面相對來說較多，瓦斯的涌出量相對較大。在確定鉆孔直徑時，要注意鉆孔直徑和瓦斯的涌出量存在直接關系。鉆孔中的瓦斯成分雖然和鉆孔長度無特別明顯的關系，但鉆孔技術和設備等因素會影響打鉆效率和質量，應該尤其重視。同時，煤層瓦斯抽采率還受鉆孔間距的影響，各個鉆孔在某一流動時間內都有一個由自己控制的瓦斯流動場，所以在流動場內不互相干擾的情況下可以多打孔，增加鉆孔密度，能有效提升煤層瓦斯的抽采效率。