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技术文献

井下瓦斯抽采技术发展

发表时间:2021-05-08 19:01

前言
  我国煤矿瓦斯抽采有较长的历史,早在1938年我国就首次在抚顺矿务局龙凤矿利用抽采泵进行采空区抽采固。近几年来,随着煤炭工业的发展,矿井数量及煤炭产量迅速增加,矿井向深部延伸过程中,一些低瓦斯矿井变为高瓦斯矿井和突出矿井。因此需要抽采瓦斯的矿井越来越多,由此带动了中国煤矿瓦斯抽采技术的迅速发展。我国在2002年提出的“先抽后采.监测监控。以风定产”十二字工作方针以来,中国煤炭产量由13.93亿t增加到30亿t,煤矿瓦斯治理取得了阶段性成果。在煤矿开采技术条件不断恶化的情况下,煤矿瓦斯治理保障了煤矿安全生产。为了防范和遏制重特大瓦斯事故,同时把瓦斯作为一种有用的资源进行开采,转变了瓦斯治理的思路:国务院安全生产委员会于2008年7月提出了“通风可靠、抽采达标、监控有效、管理到位”的煤矿瓦斯治理工作体系,随后颁布《防治煤与瓦斯突出规定》,使得瓦斯治理工作有条不稳的推进。
  2煤矿瓦斯抽采技术的发展阶段
  2.1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。
  2.2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。
  2.3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。
  2.4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。
  3我国煤矿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度,倾向卸压角83~85度,上向卸压层问距达10~150m,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度,倾向卸压角为102~110.0度,下向卸压距离达15~100m,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。并且,采用沿空留巷留下的巷道还可作为开采下一个工作面的顺槽,一巷两用,节省掘进巷道的费用,避免采掘失调、接续紧张。同时省去了工作面的煤柱,大大提高了资源回收率。
  3.4钻割一体化增透卸压抽采技术
  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网格式穿层钻孔孔群增透瓦斯抽采技术
  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,此方法需要在进行瓦斯抽采的煤层区域内设定网格式穿层钻孔位置,对设定的网格式穿层钻孔位置逐个实施钻空,形成孔群,钻孔直径一般为90mm,以煤层中厚面为准,钻孔间距为5~8m。
  4煤矿瓦斯抽采技术的展望
  半个世纪以来.我国煤矿瓦斯抽采技术虽取得了很大发展,但由于我国井工开采煤量大,煤层瓦斯含量非常丰富,抽采瓦斯研究试验与普及工作差距还很大,区域瓦斯抽采思路在一些地区存在打折扣的现象。这就要求我们煤矿的每一位工作人员将瓦斯治理的区域理念时刻记住并运用在各项工作中,今后瓦斯抽采技术发展的方向应围绕以下几方面:
  (1)进行瓦斯抽采技术筛选及适用性研究,总结各项瓦斯抽采技术的应用情况、技术特点、适用范围和条件、开展适用性研究,为全国各矿区的瓦斯抽采提供指导。
  (2)继续研究试验低透气性煤层强化抽采技术,提高开采层预抽的抽采率,降低煤层的瓦斯涌出量,消除或降低这类煤层的突出危险性。
  (3)研制功率大、故障率低、打钻效率及成孔率高的新型钻机及配套没备,完善打钻工艺、解决松软煤层打钻及成孔问题。
  (4)研究瓦斯抽采长钻孔施工及定向技术,开发定向长钻孔的监控装置,保证钻孔的各项参数能达到设计要求。
  (5)继续地面钻孔抽采瓦斯的试验开发,真正做到先抽后采,抽、掘、采三者的平衡。
  5结束语
  瓦斯抽采是治理瓦斯的治本措施,半个世纪以来,我国煤矿瓦斯抽采经历了“局部防突措施为主、先抽后采、抽采达标和区域防突措施先行”4个阶段。瓦斯抽采作为解决煤矿瓦斯问题的有效途径,在理论和技术方面都取得了重大进展,为煤炭行业减少瓦斯事故做出了重大贡献,也对环境保护和遏制温室效应起到了积极的作用。但是必须清楚的认识到,随着开采深度的加大,地质条件越来越复杂,瓦斯治理的难度也在进一步加大,很多问题需要科研院校和煤炭企业的共同努力,继续进行理论研究和科技攻关,使我国的瓦斯抽采技术得到进一步的发展,为我国煤炭行业安全高效生产保驾护航。

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