煤层瓦斯安全高效抽采关键技术体系及工程应用-科学技术研究院

煤矿瓦斯防治中抽采新技术的有效运用随着煤矿生产规模的日益扩大和煤炭需求的增长，煤矿瓦斯爆炸事故频繁发生，已成为制约煤炭工业发展的重要因素。

为了有效地防治煤矿瓦斯事故，抽采瓦斯技术已成为一种重要的手段。

本文将重点介绍煤矿瓦斯防治中抽采新技术的有效运用。

一、传统的抽采技术目前在煤矿瓦斯防治中，传统的抽采技术主要包括机械压力式、自然抽采式和人工连续抽采式。

机械压力式抽采是悬挂机械或风动机械应用于压风井，通过压载对瓦斯进行抽采。

自然抽采式是利用井筒天然的负压，通过设置抽采装置或穿孔排气井等进行瓦斯抽采。

人工连续抽采式是利用人工墩盘或密集串联墩盘进行抽采，每个墩盘将瓦斯抽到地面，再通过管线输送出去。

这些传统的抽采技术在某些情况下具有一定的优越性，但也存在一系列缺点，如抽采效率低、煤尘严重、瓦斯泄露等。

二、新型抽采技术为了提高抽采效率、减少人力投入、降低成本，煤矿瓦斯防治中需要采用新型的抽采技术。

下面将介绍目前常见的几种新型抽采技术。

1. 电动风机抽采技术电动风机抽采技术是通过安装电动风机，利用叶轮将地下瓦斯抽到地面。

这种抽采技术具有效率高、噪音小、占地面积小等优点，且不需要大量的人力投入。

同时，电动风机抽采可根据需要随时调整风量，适应不同的瓦斯浓度。

与传统的机械压力式抽采相比，电动风机抽采更加灵活、方便、自动化，可大大提高抽采效率。

2. 水封式抽采技术水封式抽采技术是利用水封管将井下排出的瓦斯与空气分开，水封管的高低差及密封性能决定了水封式抽采的效果。

这种抽采技术具有不污染环境、燃气随时随地可抽等特点。

同时，水封式抽采技术不需要大量的机器和设备，既节约了投资，又降低了操作难度，因此受到了广泛的应用。

3. 低负荷气体离心机抽采技术低负荷气体离心机抽采技术是利用气体离心机将井下瓦斯抽到地面。

这种抽采技术具有抽采效率高、压力损失小、运行费用低等优点，既能适应高浓度的瓦斯抽采，又能适应低负荷、低浓度的瓦斯抽采。

液态瓦斯膜式抽采技术是一种新型的瓦斯抽采技术，其原理是利用液态化的瓦斯膜将井下的瓦斯抽到地面。

煤矿瓦斯综合抽采技术及应用刘守志发布时间：2021-11-01T07:29:32.023Z 来源：《新型城镇化》2021年20期作者：刘守志[导读] 并采取先进的技术手段，以期确保矿井的运行安全，提高煤矿开采效率。

水帘洞煤炭有限责任公司陕西咸阳713500摘要：近年来,由于煤矿机械化开采水平的不断提升,以及新型采煤技术的推广使用,采煤效率不断提高,速度不断加快,煤的产量也逐步提高。

随着采煤深度的不断延伸,煤层中的瓦斯含量暴增,造成了较大的安全隐患。

为了消除这个安全隐患,一般在开采前进行瓦斯抽取工作。

但是单一形式的瓦斯抽取,在抽取能力和抽取效率上无法满足瓦斯抽采的实际需求,不能保证煤矿工作面的安全开采。

所以,对瓦斯抽采方法综合采用多种手段和多种措施,才可以保证矿井的安全生产。

鉴于此，本文主要分析探讨了煤矿瓦斯综合抽采技术及应用情况，以供参阅。

关键词：煤矿；瓦斯综合抽采技术；应用引言如今，煤矿开采机械化程度不断提高，而且综采放顶煤技术和特厚煤层一次采全高技术在煤矿开采中得到了广泛应用，有效提高了煤矿开采效率，提高了煤矿企业的经济效益。

随着煤矿开采逐渐向深部延伸，瓦斯含量也随之升高，导致部分矿区工作面出现了瓦斯急剧涌出现象，危及井下开采人员的生命安全。

对于煤与瓦斯突出的煤层，要在开采前开展瓦斯抽采工作，从而有效降低危险的发生率，但传统单一的瓦斯抽采方式无法达到预期的抽采效果，且使煤矿开采过程存在比较大的危险隐患。

此时需要对煤矿瓦斯综合抽采技术进行分析和研究，并采取先进的技术手段，以期确保矿井的运行安全，提高煤矿开采效率。

1煤矿瓦斯综合抽采的内涵煤矿瓦斯抽采方法很多，根据不同的划分原则，瓦斯抽采方法有多种分类方法。

以煤层开采时间划分，分为采前抽采、采中抽采和采后抽采。

以瓦斯抽采对象划分，分为本煤层抽采、邻近层抽采、回采工作面抽采、掘进工作面抽采和采空区抽采。

以抽采方式划分，分为钻孔抽采（顺层钻孔和穿层钻孔）、地面钻井抽采、巷道抽采和埋管抽采等，并不是将上述所有抽采方式集中在一个矿井使用才称为煤矿综合瓦斯抽采。

科技成果——煤与瓦斯突出防治及瓦斯抽采关键技术及装备适用范围该成果是针对我国煤层构造复杂、瓦斯含量高、突出危险性大、煤层钻孔施工困难等问题进行深入研究形成的一套较为完善的突出防治及瓦斯抽放工艺技术和装备体系，在国内高瓦斯、突出矿井具有大面积推广应用的良好前景。

技术原理通过研究采动影响下的岩层移动、变形和破坏规律，优化设计出能抵抗水平应力错断作用的钻孔结构；通过研究旋转水射流冲割煤体动力学特性及井下煤层钻孔分段水力压裂的作用机理，研制水射流冲割喷枪、系列喷嘴及其传动机构、井下煤层钻孔分段水力压裂封孔装备；通过实验室研究确定高压脉动疲劳注水设备的相关参数，研制开发一套压力可调的高压脉动疲劳注水装备及其控制系统。

关键技术1、钻孔轨迹动态预测软件和钻进参数检测装置，研制的煤矿井下定向长钻孔和多孔底定向分支孔钻机具能够满足井下定向开分支孔的要求。

2、开发出高压旋转水射流扩孔用的喷嘴、喷头及井下移动高压水力泵站系统和分段水力压裂封孔器，能够将钻孔一定范围内的煤层压裂，压裂增透效果良好。

技术流程该技术的主要流程为：首先利用井下定向长钻孔和多孔底定向分支孔钻机具施工煤层抽采钻孔；然后利用旋转水射流冲割煤系统及分段水力压裂封孔装备提高煤层透气性；同时利用高压脉动疲劳注水装备降低煤层突出危险性；最后利用抗破坏结构的地面钻孔实现采动区瓦斯的地面开发。

主要技术指标（1）采动影响煤层及采空区瓦斯地面抽放钻孔的成孔率大于60%；（2）在远距离、薄煤层（保护层）开采条件下，对邻近层卸压瓦斯强化抽采的抽采率达60%以上；（3）高地应力、高瓦斯压力条件下高压水射流顺层钻孔成孔直径100-150mm，钻孔深度30-50m；（4）高压循环脉动疲劳注水防突技术，使煤与瓦斯突出危险降低30%以上。

典型案例成果应用于阳泉新景煤矿，该煤矿开采15#煤层保护3#煤层，属于超远距离下保护层开采矿井，15#与3#煤层层间距136.5m，相对层间距21倍。

附件1煤层瓦斯安全高效抽采关键技术体系及工程应用公示一、基本情况项目名称：煤层瓦斯安全高效抽采关键技术体系及工程应用主要完成人：周福宝、孙玉宁、高峰、余国锋、刘应科、贺志宏、刘春、王永龙、夏同强、宋小林主要完成单位：中国矿业大学、河南理工大学、平安煤矿瓦斯治理国家工程研究中心有限责任公司、淮南矿业（集团）有限责任公司、西山煤电（集团）有限责任公司申报奖励等级：2016年度国家科技进步一等奖。

二、推荐单位意见该项目研究成果创新性强，为攻克松软煤层安全高效抽采这一世界难题提供了基础理论、技术体系和工程示范，研究成果已在全国一百多座煤矿成功应用，对防范和遏制煤矿瓦斯事故作出了巨大贡献，取得显著的经济与社会效益。

推荐该项目申报2016年度国家科学技术进步奖一等奖。

三、项目简介本项目这对井下瓦斯抽采工程长期以来一直存在工程设计依赖经验、产出投入比低、钻孔“钻不深、留不住、封不严”、抽采管网“易堵塞、联不畅、能耗高”等重大共性难题，从瓦斯流动与致灾机理、钻护封联一体化技术、成套装备及工程示范等方面开展了系统深入的研究，创新成果如下：（1）首次定义了瓦斯抽采效率准则和安全准则，考虑实际煤层瓦斯抽采漏风引起的煤自热效应，发展了煤体应力场、裂隙场、瓦斯-空气混流场和能量传输场的多场耦合模型，定量揭示了煤（岩）裂隙场中瓦斯与煤自燃耦合致灾机制，开发了瓦斯抽采工程设计方案优选计算软件，实现了瓦斯抽采效率、安全度和达标时间的定量计算与评价。

（2）提出了双动力排渣和涡流松透钻进技术，开发了系列高效排渣钻杆；发明了护孔管与钻杆协同钻进-护孔方法，研发了钻进时依靠磁吸闭合、通管时借助护管推力弹开的牙片式钻头，设计了杆内无变径、不卡管的内衬导向管式通管钻杆和匹配瓦斯流量的阶梯式护孔管，大幅延长了软煤钻进深度，增加了钻孔瓦斯抽采流量。

（3）研发了高压注浆密封钻孔近孔漏气裂隙和固相颗粒体密封远孔漏气裂隙技术，开发了系列高压注浆封孔装置和粉料颗粒输送装置，研制了封堵裂隙的微细膨胀粉料，实现了孔内空间和孔外漏气裂隙的区域性密封，提升了钻孔密封质量，大幅提高了瓦斯抽采浓度。

煤矿瓦斯防治中抽采新技术的有效运用煤矿瓦斯防治是煤矿生产安全的重中之重，而瓦斯抽采则是瓦斯防治的关键环节之一。

随着科技的不断进步和应用的不断推广，煤矿瓦斯抽采的技术也不断更新换代，其中最为重要的就是瓦斯抽采新技术的应用。

本文将对瓦斯抽采中的新技术进行分析和总结，并探讨其在实际应用中的有效性。

一、煤矿瓦斯抽采新技术种类1、深孔高效化抽采技术深孔高效化抽采技术是一种基于瓦斯压力梯度的抽采方法，通过布设多点钻孔组成的深孔排气孔阵列，形成气流与瓦斯压力力场协作，并利用气体压缩原理实现瓦斯压力降低和瓦斯抽采。

该技术可以有效地降低瓦斯浓度，减少瓦斯危害，同时也能够实现对深处瓦斯的抽采。

2、复合吸附剂抽采技术复合吸附剂抽采技术是一种利用特殊的吸附剂对瓦斯进行吸附抽采的方法。

该技术具有高效、节能、环保等特点，可用于对低浓度瓦斯的抽采，并能够得到相对稳定的抽采效果。

3、液体封闭式瓦斯抽采技术液体封闭式瓦斯抽采技术是一种基于液体封闭原理，采用沉淀液对瓦斯进行吸附抽采的方法。

该技术具有简单、可靠、可控制的特点，可用于对高浓度瓦斯的抽采，同时也可用于瓦斯抽采放空回路的封闭。

1、提高煤矿安全生产水平瓦斯是矿井中最危险的气体之一，其积聚和爆炸随时都可能发生，给煤矿生产安全带来了难以估量的风险。

因此，有效抽采瓦斯对于保障煤矿生产安全具有至关重要的作用。

新技术的应用可以有效降低瓦斯浓度，减少瓦斯事故的发生，提高煤矿安全生产水平。

2、提高矿井瓦斯管理水平新技术的应用还可以提高矿井瓦斯管理水平。

传统的瓦斯抽采方法存在一定的局限性，无法满足现代煤矿瓦斯防治和管理的需要。

而新技术的应用可以不断完善和改进瓦斯抽采技术，提高瓦斯管理的科学化、规范化和系统化水平。

3、提高煤矿经济效益新技术的应用还可以提高煤矿经济效益。

瓦斯抽采是煤矿生产过程中不可或缺的一部分，但传统的瓦斯抽采方法会带来一定的能源浪费和抽采成本。

而新技术的应用可以提高瓦斯抽采效率，减少瓦斯排放和资源浪费，同时也可以降低煤矿生产成本，提高煤矿经济效益。

煤矿瓦斯防治中抽采新技术的有效运用煤矿瓦斯防治是煤矿安全生产的重要环节，也是保障矿工生命安全的关键。

瓦斯爆炸是煤矿事故中最常见也最具破坏力的一种事故类型，严重威胁着矿工的安全。

为了有效地防止瓦斯爆炸事故的发生，煤矿防治部门不断引进和运用新技术，其中抽采新技术的有效运用在煤矿瓦斯防治中起着至关重要的作用。

煤矿瓦斯抽采技术是指通过人工或机械设备将煤矿井下的瓦斯抽出并进行处理，以降低瓦斯浓度，达到防爆、防突的目的。

传统抽采技术主要包括单井井下抽放、集中抽放和瓦斯抽采利用等方式，这些技术在煤矿瓦斯防治中发挥了重要作用。

但随着科技的不断发展和进步，新型抽采技术的出现使得瓦斯防治工作更加高效、安全和智能化。

随着煤矿深部开采的不断深入，瓦斯抽采技术也得到了进一步的改进和提高。

利用液压气体增压循环技术，可以在井下实现瓦斯抽采利用，对深部矿井瓦斯进行有效抽采和利用，减少井下瓦斯的积聚和储存，降低瓦斯爆炸事故的风险。

利用激光测量技术、遥感技术等，可以实现对井下瓦斯浓度和分布情况的实时监测和控制，提高了瓦斯抽采的精准度和效率。

新型瓦斯抽采设备的引进和使用也为煤矿瓦斯防治带来了全新的突破。

引进了一种新型瓦斯抽采机，它具有体积小、重量轻、抽采效率高等特点，可以适应不同井下环境的瓦斯抽采需求，大大提高了瓦斯抽采的作业效率和安全性。

利用先进的自动化控制技术和智能化监测系统，可以实现对瓦斯抽采设备的远程监控和实时调整，提高了瓦斯抽采作业的操作便利性和安全性。

新型瓦斯抽采技术的研发和推广也在一定程度上改变了传统瓦斯防治的模式和效果。

传统的煤矿瓦斯防治主要以抽放为主，而新型瓦斯抽采技术可以实现对瓦斯的综合利用，如瓦斯发电、瓦斯制氢等，将瓦斯资源变废为宝，实现了煤矿瓦斯防治与瓦斯资源开发的有机结合，达到了双赢的效果。

新型瓦斯抽采技术也为煤矿瓦斯防治的智能化、信息化提供了新的契机，促进了煤矿瓦斯防治工作的现代化和科学化。

抽采新技术的有效运用对于煤矿瓦斯防治工作具有重要的意义。

煤矿瓦斯防治中抽采新技术的有效运用煤矿瓦斯是煤矿开采过程中产生的一种有害气体，具有易燃、易爆和窒息等危险特性，对煤矿安全生产造成严重威胁。

为了防治煤矿瓦斯事故，抽采瓦斯是目前广泛采用的一种防治措施，通过将煤矿瓦斯抽出，降低瓦斯浓度，以达到消除可燃气体积聚、防止瓦斯爆炸的目的。

在煤矿瓦斯防治中，抽采新技术的有效运用具有重要意义，可以提高瓦斯抽采效率、降低能耗、减少矿井环境污染，从而保障煤矿安全生产。

抽采新技术可以提高瓦斯抽采效率。

传统的瓦斯抽采方式主要是通过开采竖井、水封井等传统设备进行抽采，存在抽采范围有限、效率低、效果不明显等问题。

而采用新技术可以提高抽采效果，如使用管道抽采技术，通过在矿井巷道内布设管线，将瓦斯直接抽出到地面。

这种方式不仅可以减少瓦斯扩散的时间和距离，提高抽采速度，还可以避免瓦斯在巷道中积聚，减少安全隐患。

抽采新技术可以降低能耗。

在传统抽采方式中，由于需要使用大功率的水泵和电机设备进行抽采，能耗较高。

而采用新技术可以降低能耗，如利用风能进行抽采。

通过在矿井巷道设置合理的风导设施，利用矿井中的气流进行瓦斯抽采，不仅不需要额外的能源投入，还可以利用煤矿压风系统的余气进行抽采，减少能耗的同时提高瓦斯抽采效率。

抽采新技术可以减少矿井环境污染。

传统抽采方式中，抽采过程中不可避免地伴随着煤炭粉尘和其他有害气体的排放，对矿井环境造成污染。

而采用新技术可以减少环境污染，如使用负压抽采技术，通过在井下建立负压区域，将煤矿瓦斯和粉尘等有害气体统一抽入负压区域，然后通过专门的净化设备进行处理，达到净化排放的目的，减少污染物对环境的影响。

瓦斯抽采安全防护关键技术及多级防护系统研究煤炭资源是人类工业生产和生活的重要物资。

为保障国民经济快速发展,我国煤炭产量逐年增加,矿井开采深度加大。

由于瓦斯含量随矿井开采深度增加而逐渐增大,开采条件不断恶化,高瓦斯突出矿井逐渐增多,我国成为世界上瓦斯灾害最严重的国家,瓦斯治理成为矿井安全生产的首要问题。

瓦斯抽采是治理瓦斯灾害的最有效方法。

鉴于我国煤矿瓦斯抽采管道中的瓦斯浓度往往处于爆炸极限内,瓦斯抽采过程中存在重大的安全隐患,遭遇设备运转异常、静电或雷电时,极易发生瓦斯燃烧或爆炸事故,严重危害煤矿安全生产和矿工生命安全。

为保证煤矿瓦斯的安全抽采,在瓦斯管道输送系统中靠近可能的火源点附近管道上,应安设安全防护设施,即泄爆、抑爆、阻爆等设施,对实现矿井瓦斯安全可靠开采、消除低浓度瓦斯在排放、输送过程中存在的重大安全隐患具有重要意义。

然而,现有的泄爆、抑爆和阻爆技术虽然原理可行,但由于对瓦斯抽采管道内爆炸流场特征及其影响因素缺乏全面系统的研究,导致开发出的瓦斯抽采安全防护装置可靠性低、易失效,煤矿瓦斯的安全抽采对高可靠性瓦斯抽采安全防护系统提出了迫切需求。

采用理论研究、结构优化和工业试验相结合的手段,在全面分析瓦斯爆炸流场特征的基础上,提出了瓦斯抽采多级安全防护系统总体方案,研究了瓦斯抽采管道内水封阻火泄爆技术、基于惰性气体熄灭火焰的抑爆技术以及基于快关蝶阀的快速阻断技术,最终开发出瓦斯抽采多级安全防护系统,解决了单一防护设备无法满足瓦斯爆炸可靠防护的问题。

研究管道内瓦斯爆炸流场特征变化规律是开发瓦斯抽采多级安全防护系统的基础。

基于计算流体力学理论,研究了管道内瓦斯爆炸过程中温度场、压力场、反应速率、气体流速随时间的变化规律,对多种管径和长度的直管及国内某煤矿实际抽采使用的一段弯管进行了管道内瓦斯爆炸特征分析。

结果发现,瓦斯爆炸管道内气体的最大反应速率、最高相对压力、最大流动速度是一个加速度不断增大的加速的过程；弯曲管道由于转弯处加剧了流体的湍动程度,其最大反应速率、最高相对压力、最大气体流速均高于同直径直管,且燃烧完成时间更短；管径对爆炸气流的压力影响较大,管径越小,爆炸压力越大；在不同长度直管内,瓦斯爆炸流场的反应速率、压力和速度开始增长速度相对缓慢,但均在120ms后开始急剧增长,导致爆炸能量巨大。