矿井采空区瓦斯抽采技术的研究及应用

2022-09-10

前言

随着煤炭资源向深部开采，深层群的结构也变得复杂，在开采过程中瓦斯地质灾害现象越来越严重，采空区瓦斯含量急剧升高，造成这一现象的主要原因是深部开采带来的高地应力、高温度以及高渗透压的影响[1]。在这种情况下，矿井内瓦斯浓度上升，有极大可能造成遗留煤炭出现氧化反应，促成自燃煤的出现，提升了矿井下发生瓦斯地质灾害的产生的几率。因此及时对矿井下采空区进行瓦斯抽采，能够最大程度上降低瓦斯爆炸等安全隐患的出现，保障了矿井安全生产。

1. 矿井采空区瓦斯抽采的意义

目前我国煤炭资源使用量、需求量仍然较大，在这种背景下，大部分地区仍然不断进行煤矿深层煤矿开采，而在这一过程中，由于温度，渗透压等原因造成了多数地区矿井中瓦斯含量较高，不利于矿井工人安全生产。而在采空区使用瓦斯抽采技术，能够最大程度上降低瓦斯浓度，放置出现瓦斯超限的情况。瓦斯是一种易燃易爆的危险气体，当在矿井下流通性差的环境下，瓦斯浓度急剧上升，最终会造成瓦斯超限，造成采空区遗留煤炭自燃，进而造成瓦斯爆炸等生产事故。

近年来，多数的煤矿矿井安全事故，多数是由于没有及时控制瓦斯浓度，最终酿成惨剧。由此可以充分说明，使用瓦斯抽采技术，能够最大限度上降低瓦斯浓度，保障矿井能够安全生产。同时在矿井采空区的瓦斯收集，能够有效降低瓦斯含量的同时，提高了矿井下工人的生命安全。

从另一方面分析，瓦斯是与天然气具有相同作用的现代清洁能源。当前形势下，我国主要依赖的煤炭、天然气等能源，需要大量从国外引进，成本较高，不利于长久使用。而瓦斯具有较高的利用价值，能够充分利用与汽车能源，日常生活能源以及相应的发电产业中，在降低对于环境的污染同时，提升了资源的二次利用效率。同时，我国煤炭开采规模较大，同时相应的瓦斯能源丰富，采用矿井采空区瓦斯抽采技术，能够有效调整我国资源结构，保障国家能源安全具有重大意义。

2. 我国矿井下采空区瓦斯抽采技术发展趋势

在目前阶段，我国煤炭开采中，瓦斯抽采技术应用程度不断上升，在现阶段，我国的煤炭回采技术和煤层瓦斯抽采方面已经达到了世界先进国家行列，国产的抽放设备相当完善，针对不同煤层瓦斯储存状况可以建立相应的高效抽采体系[2]。同时，由于矿区下采空区瓦斯抽采技术，是根据的实际矿区情况，在分析测量矿井下才空气瓦斯含量后，具有针对性的采用抽采方法瓦斯的抽取、采集工作。

针对我国由于煤炭开采范围广、开采规模庞大的特点，所以在接受矿井采空区瓦斯抽采时，需要针对各个煤矿具体的地理情况，分析采用合适的瓦斯抽采技术，从而使其能够发挥保障采空区内瓦斯浓度正常，维持了瓦斯浓度正常水平，对安全生产具有重要意义。

3. 矿井采空区瓦斯抽取技术的应用与研究

由于我国煤炭资源开发规模大，范围广，因此由于地理位置，地质以及煤层情况的不同，需要选择具有针对性的瓦斯抽取技术。针对不同地理情况，常见的瓦斯抽取技术有地面钻孔抽采、高抽巷开采以及高位开采。而地面钻孔抽采、高抽巷开采以及高位钻孔抽采等抽采技术是一些较为常见的瓦斯抽采技术，在采空区埋管抽采瓦斯效果不好的情况下，高位钻孔技术为主，采空区埋管抽采瓦斯技术为辅的瓦斯抽采技术的应用，可以在改变瓦斯流动方向的基础上，降低回风流瓦斯涌出，进而实现降低采煤工作面瓦斯浓度的目标[3]。

(1)高位钻孔瓦斯抽采技术

瓦斯作为井下煤炭开采中不可避免的伴生产物，如何有效降低瓦斯涌出量是确保井下作业面生产安全和人员安全的必要前提，而高位钻孔瓦斯抽采技术作为一项行之有效的采空区瓦斯治理技术，经过实际检验，具有良好的应用效果[4]。

高位钻孔瓦斯抽采技术是目前主要应用于矿井采空区瓦斯抽采中所使用的主要方式，针对采空区经风巷向顶部进行钻孔，主要是针对抽采工作面上煤壁涌出的瓦斯抽采，以达到控制瓦斯浓度的目的，降低瓦斯超限形成安全隐患的瓦斯抽采技术之一。

(1)原理

高危钻孔瓦斯抽采技术的原理，是在抽采工作面回采时，在工作面形成一个压力带，促使裂隙带产生下沉压力场，直接在煤壁水平方向上形成支撑影响区、离层区以及重新压实区，从而形成瓦斯流动通道，加快瓦斯流动，使得高位钻孔瓦斯抽采技术实现。同时在工作面还未到达钻孔口时，会形成高浓度瓦斯抽采，这是由于支撑影响区的顶部裂隙带成为瓦斯通道造成的。

(2)效果

而采用高位钻孔瓦斯抽采技术时，矿井内采空区瓦斯压力小，瓦斯含量相对较低。在这种情况下，破损煤壁、煤体释放瓦斯，进而采用高危钻孔瓦斯抽采技术，能够最大程度上控制瓦斯浓度，抽采瓦斯具有良好的效果。需要注意的是，由于采空区高度较大会造成裂隙带高度变大，容易造成高位钻孔时，钻孔塌陷，从而造成无法使用高危钻孔瓦斯抽取技术。而相应的，在地质情况较高，矿井中地质构造较大的采空区中使用这一技术，能够有效的抽采瓦斯，降低瓦斯浓度。

(2)高抽巷瓦斯抽采技术

(1)原理

高抽巷瓦斯抽采技术的关键，在于破坏采空区顶部造成大裂隙带形成瓦斯高抽巷。在顶部第一次受到冲击的情况下，相邻底层中的瓦斯得以涌出，增加了采空区中瓦斯浓度。在这一基础上，可以采用顶板巷道抽采技术。所谓的顶板巷道抽采技术是指在工作面上，通过风巷向顶板开掘一条联络巷道，在顶板上沿着平行风巷的方向开掘1条顶板巷道，抽采瓦斯时，为了封闭联络巷道，在联络巷道内放置抽采管，在巷道内和抽采系统中间放置抽采管，镌刻实现有抽采系统抽出涌入顶板巷道中的瓦斯[5]。

(2)效果

在这种情况下，能够较为有效的降低采空区瓦斯浓度，同时高抽巷抽采瓦斯技术，具有瓦斯抽取量大、并且抽采周期较长、管理方便的特点。但是其对比相对高位钻孔瓦斯抽采技术，具有较为明显的缺点。

其中由于需要在顶部开掘相应的工程量较大巷道，造成施工成本上升，同时对于瓦斯负压需要较高的需求。不能够普遍适用于多数的矿井采空区瓦斯抽采中。高抽巷瓦斯抽采技术较多适用于煤层较厚或者其上部邻近层需要开采的情况下。并且当采空区瓦斯抽取量达到一定程度下，并不会对其他区域瓦斯浓度造成影响。同时相对于高位钻孔瓦斯抽取技术，高抽巷不易受到采空区落煤的影响，能够保持较好的稳定性。

同时高抽巷瓦斯抽采技术能够对工作面瓦斯浓度降低具有促进作用，能够较为有效的抽采工作面上部出现瓦斯涌出情况。由此分析，高抽巷瓦斯抽采技术能够有效抽采采空区瓦斯涌出，同属对治理综合采集工作面瓦斯涌出超限，具有显著的效果。

4. 结论

在我国煤矿开发规模大、开采地区不同的今天，保障煤矿开采生产安全，保证煤矿工人开工人身安全，能够最大程度上促进煤矿产业持续性发展。而在矿井中最容易成为安全隐患，影响生产安全的因素，在于煤炭开采过程中，瓦斯浓度超限会造成遗留煤炭发生氧化反应，产生自燃，严重威胁矿井安全施工。而矿井采空区瓦斯抽采技术的应用，从最大程度上预防了矿井内出现瓦斯造成地质安全隐患。并且抽采到的瓦斯气体能够再次回收利用，与国家节能减排以及新能源的开法相符合，可以在煤炭开采的基础上形成相应的瓦斯清洁能源实验基地，从而实现资源不浪费。

综上所述，在矿井采空区使用瓦斯抽采技术，能够在最大程度上抽采采空区瓦斯，控制瓦斯浓度，保障安全生产的同时，促进了清洁能源的开发，对促进我国经济发展具有重要意义。

摘要：煤炭是我国重要的战略能源之一，对于我国经济发展具有重要的意义。随着煤炭资源的开发，煤矿开采已经朝深层地下发展，而在这一开采过程中，容易出现较大的安全隐患。其中对矿下工人生命安全、煤炭开采造成严重威胁的隐患在于瓦斯浓度超过安全水平。矿下瓦斯含量过高，容易造成遗留煤炭发生氧化反应，导致了煤炭自燃可能性的提高，为煤炭开采，煤矿工人造成安全隐患。本文从矿井采空区瓦斯处理技术出发，探索保障煤矿安全生产的重要技术。

关键词：矿井采空区,瓦斯抽采技术,安全生产