瓦斯抽采精细化管理：提升煤矿安全的关键路径
引言
随着我国煤炭工业的快速发展，煤矿安全生产问题日益受到重视。瓦斯作为煤矿生产中的主要灾害源之一，其有效治理直接关系到矿井的安全生产。瓦斯抽采作为预防和控制煤与瓦斯突出的重要手段，其精细化管理水平直接关系到抽采效果及煤矿的安全生产。本文详细阐述了瓦斯抽采技术的发展历程、主要技术类型以及精细化管理的关键环节，旨在为煤矿瓦斯抽采提供科学指导，推动煤矿安全生产水平的持续提升。
一、瓦斯抽采技术发展历程
瓦斯抽采技术的发展经历了从探索到规模化应用的演变过程，可以大致划分为四个阶段：
井下瓦斯抽采的探索发展和地面煤层气开发的试验阶段（1952-1990年）
初期探索：20世纪50年代初期，我国在抚顺的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成功，标志着我国开始进入高透气性煤层瓦斯抽采阶段。
邻近层卸压瓦斯抽采：50年代中期至60年代初，阳泉矿区采用穿层钻孔、高抽巷抽采上邻近层瓦斯，进入邻近层卸压瓦斯抽采阶段。
低透气性煤层强化抽采：60年代初期，我国多个矿区试验了深孔预裂控制爆破、水力压裂、水力割缝等多种强化瓦斯抽采方法，进入低透气性煤层强化瓦斯抽采阶段。
综合瓦斯抽采：80年代开始，为解决高产高效工作面瓦斯涌出源多、涌出量大的问题，多种瓦斯抽采方法被有机结合，进入综合瓦斯抽采阶段。
井下瓦斯抽采的加速发展和地面煤层气开发的探索、启动阶段（1991-2005年）
政策推动：1997年煤炭工业部颁布了《矿井瓦斯抽放管理规范》和《煤矿瓦斯抽放技术规范》，明确了建立瓦斯抽采系统的要求。
技术引进：煤炭企业开始引进千米定向钻机等国外先进瓦斯抽采技术与装备，大幅提高了矿井瓦斯抽采能力。
地面煤层气开发：1996年中联煤层气公司成立，地面煤层气开发进入基础研究与开发试验并举的阶段。
井下瓦斯规模化抽采和地面煤层气商业化开发阶段（2006-2015年）
国家战略：2005年国家能源局发布《煤矿瓦斯治理与利用总体方案》，提出“可保尽保、应抽尽抽、先抽后采、煤气共采”的瓦斯综合治理战略。
技术标准：2006年国家安全生产监管总局发布《煤矿瓦斯抽采基本指标》，对煤矿抽采瓦斯后的采掘工作面瓦斯抽采率和煤的可解吸瓦斯含量提出了明确要求。
技术创新：以松藻矿区为代表，开展了松软突出煤层钻进及井下水力增透措施为主的技术研究，形成“三区配套三超前增透抽采”模式；晋城矿区则形成了三区联动的立体递进抽采模式。
煤炭开采和地面煤层气开发、井下瓦斯抽采的协同规划与联合开发阶段（2016年至今）
协同发展：进入“十三五”以来，我国煤矿瓦斯抽采技术取得长足发展，初步建立了煤与煤层气协调开发模式，形成了一批适应我国瓦斯资源赋存条件的抽采关键技术。
未来重点：未来将继续坚持井上下联合立体抽采的方针，不断加大煤与瓦斯共采的力度，通过协同规划实现瓦斯抽采与煤炭开采的协调发展。
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二、地面瓦斯抽采技术
地面瓦斯抽采技术主要包括直井、丛式井、径向井、U型井、多分支水平井、穿采空区抽采井以及垂直、L型采动井等多种类型，每种技术都有其独特的优点和适用范围。
直井
特点：投入较低、技术简单，地质条件适应性强，但占地较多，一般需要进行压裂增透措施。
应用：在沁水煤田煤层气开发早期大量使用，钻井抽采范围较小，单井产量较低。
丛式井
优点：多个钻井集中到一个井场施工，减少占地面积和管道集输长度，投入较低、技术简单。
应用：在胡底、郑庄等矿区得到广泛应用。
径向井
特点：通过定向引导在煤层建立孔、洞、缝立体的与自然裂隙连通，达到径向井-压裂改造的双重效果。
应用：寺河矿、赵庄矿等采用径向井技术进行水力压裂增透，取得显著效果。
U型井
特点：占地面积小，抽采范围大，抽采瓦斯流量较为稳定。
应用：在晋城地区、吕梁地区大量施工，单井最高日产气量超过2万立方米。
多分支水平井
特点：在煤层内采用特殊工艺施工多分支水平井眼，增大煤层抽采覆盖范围，提高抽采效果。
应用：吕梁临县锦源矿区应用广泛，平均日产量高达10669立方米。
穿采空区抽采井
特点：利用氮气作为循环介质穿越老采空区或煤柱，抵达目标煤层进行抽采。
应用：寺河矿SHCK-154井成功穿越3号煤层采空区，实现对下部9号煤层的抽采。
垂直、L型采动井
特点：在回采工作面后方施工，抽采回采过程中涌出的瓦斯及采空区瓦斯。
应用：晋城矿区成庄、寺河、岳城等矿已施工20余口采动井，效果显著。
三、井下瓦斯抽采技术
井下瓦斯抽采技术主要包括保护层抽采、定向钻进模块抽采、穿层钻孔抽采、定向梳状穿刺钻孔抽采、高中低位大直径钻孔抽采以及煤矿井下钻孔机器人技术等，这些技术各有特色，适用于不同的地质条件和开采需求。
保护层抽采
原理：通过开采上保护层或下保护层，使被保护层卸压，增加透气性，从而抽采被保护层中的瓦斯。
应用：淮南矿区等高瓦斯复杂地质条件煤层群开采中广泛应用。
定向钻进模块抽采
特点：钻孔施工距离长，覆盖范围大，灵活处理异常区域，提高抽放效率。
应用：在晋城地区多个煤矿得到广泛应用。
穿层钻孔抽采
原理：利用底抽巷施工穿层钻孔进行区域预抽，弥补普通穿层钻孔抽采范围有限的问题。
应用：寺河矿、大宁矿等利用定向钻机在岩巷布置钻场，施工穿层预抽钻孔。
定向梳状穿刺钻孔抽采
特点：针对破碎煤体区域，主孔布置在成孔性好的煤层顶、底板中，向煤层施工穿刺分支孔。
应用：在成庄矿等矿区应用，有效掩护巷道安全快速掘进。
高中低位大直径钻孔抽采
特点：沿回采工作面走向施工大直径长钻孔，提高采空区瓦斯抽采效率。
应用：在天地王坡煤矿、杜儿坪煤矿等成功应用。
煤矿井下钻孔机器人技术
特点：配置激光雷达等传感器，可在巷道内自主行走避障、自主开孔定位，实现钻孔轨迹实时监测。
应用：在华蓥山绿水洞煤矿完成功能性试验，各项性能指标达到设计要求。
四、增透抽采技术
增透抽采技术是提高煤层透气性、增加瓦斯抽采量的重要手段，主要包括水力驱动机械扩孔增透技术、井下顺煤层分段水力压裂技术、定向长钻孔水力压裂增透技术以及超高压水射流割压联合卸压增透技术等。
水力驱动机械扩孔增透技术
原理：通过清水泵供给水压驱动机械扩孔装置对孔壁进行切削扩孔，增加煤体暴露面积和裂隙发育程度。
应用：辽宁西马煤矿应用后抽采纯量提高3.17倍。
井下顺煤层分段水力压裂技术
原理：形成适用于不同煤层地质条件的压裂工艺，提高煤层透气性。
应用：阳泉矿区应用后抽采纯量提高10.2倍，抽采瓦斯浓度提高4.9倍。
定向长钻孔水力压裂增透技术
原理：利用定向钻进技术向钻孔内注入高压水进行整体或分段压裂，形成丰富的裂隙网络。
应用：阳泉矿区应用后单孔平均瓦斯抽采纯量提高显著。
超高压水射流割压联合卸压增透技术
原理：集成超高压割缝、中低压压裂一体化，形成“控制型”与“强化型”割压联合卸压增透工艺技术。
应用：实现低渗煤层瓦斯高效抽采，工程量减少38%以上，抽采达标时间缩短35%以上。
五、瓦斯抽采精细化管理
瓦斯抽采精细化管理是确保瓦斯抽采效果、保障煤矿安全生产的关键。它涵盖设计、施工、计量、管控和评判等多个环节，每个环节都需精细操作、严格管理。
设计阶段
瓦斯含量准确测定：煤层瓦斯含量是突出危险性预测、抽采工程设计的最基本数据，必须真实可靠。采用取芯法、孔口接粉法等方法进行测定，需解决取样时间长、测值误差大等问题。
抽采钻孔设计：钻孔的孔径、长度、间距等参数直接影响瓦斯灾害治理效果，应在充分掌握瓦斯赋存基础上进行设计，确保钻孔的有效抽采半径和抽采效果。
施工阶段
钻孔智能设计与轨迹监测分析：依托先进设备实现钻孔的井下测量与检测功能，精确记录钻孔竣工轨迹，在三维模型中重建竣工钻孔轨迹，识别钻孔空白带并及时补钻。
护孔、洗孔：采用松软煤层全程下筛管完孔技术、下向孔排水排渣技术等措施，解决孔壁坍塌、钻孔积水等问题，确保钻孔的抽采效果。
严密封孔：封孔段长度、封孔材料、封孔注浆压力等需符合相关标准要求，确保封孔严密，防止漏气影响抽采效果。
计量阶段
抽采参数精准测定：采用地面反循环取样瓦斯含量测定技术、瓦斯压力井下远距离测定技术等手段，确保抽采效果测定数据的精准可靠。同时，按规定安装抽采自动计量装置，实时监测管道瓦斯的浓度、负压、流量等参数。
系统管控
智能抽采技术：建立瓦斯智能抽采管控系统，实现地面泵站、工作面、采空区、抽采管网的智能感知、智能分析和智能决策。通过监测调控、数据分析等手段，优化抽采效果，提高抽采效率。
抽采管网动态调节：实现远程自动调控各个分支管路的阀门开度状态，保证管网及抽采钻孔负压稳定，合理分配抽采能力，优化管网抽采能力。
评判阶段
瓦斯抽采达标重要性：瓦斯抽采不达标组织生产属于煤矿重大事故隐患，必须严格进行抽采达标评判。
抽采达标科学准确评判：依据相关标准和规定对抽采基础条件和抽采效果进行评判，编制瓦斯抽采达标评判报告并经矿井技术负责人和主要负责人批准。
抽采达标在线评判系统：建立抽采达标在线评判系统，提高矿井瓦斯抽采监管水平，帮助矿井识别瓦斯抽采现状和及时进行决策调整。
六、案例分析
以贵州省六盘水市盘州市梓木戛煤矿“8·6”重大煤与瓦斯突出事故为例，该事故的直接原因是煤矿造假瓦斯参数，没有采取区域瓦斯治理措施，施工的顺层瓦斯抽放钻孔未能消除突出危险性。这起事故深刻揭示了瓦斯抽采不达标带来的严重后果。事故暴露出煤矿瓦斯地质工作不到位、违规进行突出危险性区域预测并造假、钻孔施工验收和抽采计量工作不规范等问题。因此，必须高度重视瓦斯抽采精细化管理，确保每个环节都符合标准和要求，杜绝类似事故的发生。
七、结论与展望
瓦斯抽采精细化管理是提升煤矿安全生产水平的关键途径。通过不断优化瓦斯抽采技术、加强精细化管理、严格标准执行和监管等措施，可以有效提高瓦斯抽采效果，降低煤与瓦斯突出等灾害事故的风险。未来，随着智能化、信息化技术的不断发展，瓦斯抽采精细化管理将进一步提升智能化水平，实现更精准、更高效、更安全的瓦斯抽采和治理。这将为煤矿安全生产提供更加坚实的保障，推动煤炭工业的持续健康发展。
本文内容主要来自：矿井瓦斯抽采技术及精细化管理 原作者：曹垚林 研究员
