井上下联合抽采瓦斯技术的研究及应用

井上下联合抽采瓦斯技术的研究及应用摘要：煤矿瓦斯抽采技术主要有两种，即井下钻孔抽采技术和地面钻井抽采技术。煤矿钻孔抽采瓦斯工艺作为防治煤矿发生瓦斯灾害事故的重要措施之一，目前已被广泛应用。井下钻孔抽采机技术以其可靠性高，成本低等优点，经多年发展，已经成为各大矿区进行瓦斯抽采的重要技术途径。地面钻井抽采技术则是煤矿行业近年来发展起来的一种新技术，以其安全性高、受井下影响小等优点，目前已在我国多地矿区应用并取得较为理想的效果。

关键词：井上下联合；抽采瓦斯技术；研究；应用

引言

瓦斯是造成煤矿可能产生事故的重要原因之一，预抽煤层瓦斯是避免出现煤矿瓦斯灾害最为重要的措施，也是让煤矿可以进行安全开采的一个手段。一般矿井瓦斯涌出量中一大部分都是来自空区瓦斯涌出，采空区瓦斯的治理与抽风是非常重要的，由于煤体坚硬裂隙不贯通，或者煤体的透气性比较差，使得煤层的瓦斯预抽效果并不理想，造成瓦斯抽放起来较为困难，必须采用更加有效的方法。

1瓦斯的特点

对瓦斯的形成进行探究，需要追溯到远古时期，一些有机物以及植物纤维素通过分解，在高温和高压的作用下发生化学反应，最后生成瓦斯。瓦斯是一种气体，其主要成分是甲烷，能够燃烧、没有颜色和气味。假如遇到明火，就会发生爆炸，对矿工的人身安全造成严重影响。通常情况下，瓦斯以下述几种形式涌出来。第一，持久、缓慢地从煤层当中涌出来，其是引发安全事故的主要原因，因此，在开采煤炭的时候，必须认真监测瓦斯浓度，假如矿井当中充斥浓度较高的瓦斯，那么开采工作必须停止，然后再进行升井转移处理。第二，瞬间从裂缝位置喷出来。其主要是因为矿工在开采煤炭前，没有认真进行检查，当踩到聚集瓦斯的位置时，此处压力就会发生变化，致使瓦斯瞬间从裂缝位置喷出来，如果遇到火源，就会发生爆炸，引发安全事故。第三，短时间内岩石、煤和瓦斯同时喷出，造成严重伤亡事故，此种伤害要比前两种大很多，而且矿井的后期生产工作很难恢复，处理事故会遇到重重困难。

2井上下联合抽采瓦斯技术原理

井上下联合抽采瓦斯技术是基于井下钻孔与地面钻孔瓦斯技术有效结合的基础上进行的一次工艺创新。首先在井下施工大面积、大直径处进行定向钻孔，然后通过井上压力钻孔将油管逐步向大直径定向钻孔的煤层段内深入，将压力液在压力油管中进行压裂。利用这种井上地面扩容的方式，来增加井下煤层的渗透性，使瓦斯的解吸能力有所增强，最终利用定向钻孔和地面井相结合的方式实施瓦斯抽采，这种新的抽采模式，不仅在时间上体现了井下先抽、井上后抽的特点，同时也在空间上体现出井上井下相结合的特点。要想实现井上下联合抽采的良好效果，无论在井下定向钻孔的位置层位选择上，还是地面钻井与定向钻孔的链接位置选择上都十分重要。依据三带理论，在煤矿采空区垂直方向，按照从下往上的顺序，依次排列为：冒落带、断裂带以及弯曲下沉带。而且在采空区四周下部存在一些裂隙区，通常也被称作O形圈，随着煤层的开采，O形圈也会以同样的开采速度逐渐向前移动，从而在采空区始终有裂隙区并以O形圈存在，该区域也是煤矿井下瓦斯聚集的重要场所。

3煤矿瓦斯抽采现状

我国煤矿瓦斯抽采方式主要有井下抽采和地面抽采两种形式。井下抽采是从1940年代开始应用的，在煤矿瓦斯抽采施工过程中应用较为广泛，且技术成本较低，对于技术的要求不高，能够有效减少矿井、采空区瓦斯泄漏情况的发生，是瓦斯防治工作的关键所在。目前，我国大多数煤矿中井下瓦斯抽采的规模较小，据有关机构统计，瓦斯抽采工作面数量仅为600余处，瓦斯抽采量仅达到73亿m3，且由于技术和规模的限制，这些抽采的瓦斯浓度过低而无法正常使用，能够达到正常使用标准的仅为其中的1/3。随着近几年瓦斯抽采技术的不断开发以及瓦斯开采总量的不断提高，在2010年，我国地面煤层瓦斯总产量已经达到14.5亿m3其中的70%已经能够被有效利用，但是在瓦斯抽在过程中也暴露出了一些问题：多数煤矿在进行瓦斯抽采时并未注意到煤矿开采未来的安全收益，这也会导致瓦斯抽采和煤矿井下瓦斯质量脱离，为井下安全生产施工留下严重的安全隐患。

4井上下联合抽采技术及应用

井上下联合抽采技术的应用是将井下瓦斯治理技术和地面煤气层开发两者有机结合起来。对煤炭开采来说，地面煤气层抽采具有一定的现实意义，但在实际应用中也存在一些缺陷，很容易出现瓦斯盲区，尤其针对一些低渗煤层的抽采效果不佳。同样井下开采对于煤气层的开发也有不同程度的影响，一是，由于煤炭回采时覆岩的变形，造成地面井的损坏，使地面井钻孔结构严重受损，最终导致钻孔失效。二是，在煤炭回采覆岩变形的同时，无论对采空区域还是附近采面煤层都会有一定的应力释放，不仅原有裂缝会逐渐扩大，而且还会有新的裂缝产生，从总体分析来看，煤层的渗透性有所改造，使抽采效率提高，因此，在实施瓦斯抽采过程中，应采取适当的技术手段，尽可能克服煤炭开采与煤气层开发之间的负面影响，合理应用两者之间的正面影响。实现煤矿先抽后采，采煤采气一体化。

4.1井下递进抽采

在递进抽采技术应用过程中，回采工作面的布置需要在多条巷道掘进中进行，关于外测巷道内向下一临近工作面长钻孔的实施应提前进行，确保钻孔长度与相应工作需求相匹配，促使外测巷道向下一工作面两面巷道条带覆盖过程中、对长度的条件需求得以充分满足，在对这一工作面进行掘进的过程中，需要将下一工作面掘采以及抽采工作进行开展，为下一工作面抽采时间的延长给予保障，为抽采工作实施创造有利条件，进而极大限度的降低回采工作面瓦斯量。

4.2地面钻孔采空区抽采

地面钻孔技术是根据工作面顶板垮落裂隙带为采高的5～8倍，距离上隅角10～30m且呈O型瓦斯聚集区域，可通过1301地面施工钻井，对采空区进行瓦斯抽采。其工作原理是通过地面钻孔向煤层钻孔，从而对采空区域、裂缝带瓦斯抽采技术参数进行优化，以此改变流场在采空区域中的分布情况，彻底解决采空区的瓦斯经上隅带涌出问题，造成回风流区和上隅角一带瓦斯大量聚集及超限等问题。具体钻孔点位于1301工作面切眼向外575m处，施工时采用三开钻进方式，钻孔终点距离1301巷70.7m处。抽采效果为：钻孔距离工作面越来越远时，地面井瓦斯抽采浓度和负压逐渐呈衰减趋势，当采空区域向前推进至220m后，地面瓦斯浓度和负压达最低点，并趋于稳定状态，在整个抽采过程中，瓦斯浓度始终处于稳定状态，平均浓度为30%，只有抽采负压变化时，瓦斯浓度也随之有较小的变化，此时，瓦斯日抽采量也会出现变化。因此，随时观察抽采负压的变化，可推测出瓦斯抽采量和瓦斯浓度变化。

结束语

实践证明，井上下联合抽采技术，不仅可以降低煤层中的瓦斯含量，减少工作面瓦斯浓度和瓦斯的涌出量，同时抽采出来的瓦斯可作为高效能源进行二次利用，在一定程度上改变了能源结构。因此该技术的应用对瓦斯治理治具有一定的综合效益。

参考文献

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