矿井瓦斯抽放系统效率低的原因分析和解决措施
摘 要：瓦斯治理工作一直是全国高瓦斯和煤与瓦斯突出矿井最为棘手的问题。目前井工矿井主要采取通风排瓦斯和地面永久性瓦斯抽放系统抽放瓦斯的方式解决井下瓦斯问题，瓦斯抽放效率的高低制约着矿井采掘进度和其他工作进度。要提高瓦斯抽放效率，先要对煤矿瓦斯抽放系统进行全面排查摸底，找准病因，对症下药。针对煤矿瓦斯抽放系统存在的问题提出科学合理的整改方案，切实整改落实到位。文章就如何解决瓦斯抽放系统在抽放过程中存在的一些具体问题，探讨解决办法。
关键词：矿井；瓦斯；抽放系统；效率
前言
我国煤炭资源丰富，但多数属井工开采，煤矿井下环境恶劣，最常见的有害气体——瓦斯，给人民的生命财产带来巨大损失，为深刻吸取教训，采取切实有效的措施将井下瓦斯降低到安全浓度以下，为井下一线职工创造一个安全的工作环境，研究提高现有瓦斯抽放系统抽放效率变得尤为重要。
1 瓦斯抽放系统效率低的原因分析
（1）抽放负压不足，导致抽放效果差。一是抽放泵房无水源保障，未在其附近高处建立高位水池，或水质达不到要求，无法提供一定压力的水源，导致抽放负压过低，影响了瓦斯抽放效率；二是抽放管变径过早，增大了管道阻力，影响了抽放效率；三是煤矿在主要管道上设置了三通或阀门，增加了管道局部阻力，降低了管道负压；四是由于一部分钻孔封孔达不到要求，采用的封孔材料质量差，或封孔长度不足，导致部分巷道风量被抽放钻孔吸入，导致“瓦斯流”短路和管道负压降低。
（2）钻场布置不合理，钻孔深度和钻孔密度不足，影响了瓦斯抽放效率。一是一些煤矿抽放系统图上钻场、钻孔布置有误，不能正确指导井下抽放钻场、钻孔布置；二是部分煤矿未能结合井下地质情况的变化灵活布置钻场或钻孔，一味地按图施工，导致局部区域瓦斯抽放效率低；三是部分煤矿未严格按设计布置钻场和钻孔，钻孔深度和密度达不到设计要求。
（3）开拓开采布置不合理，未严格执行两个“四位一体”防突措施。一是少数煤矿未严格执行区域预防措施，开采混乱，采肥丢瘦，只采好煤厚煤，不采差煤薄煤，导致矿井开拓开采系统和通风系统极为复杂，通风系统不可靠；二是少数煤矿未采取先开采解放层的区域防突措施，几层煤同时开采，措施不完善，执行不到位。
（4）瓦斯抽放系统和抽放钻孔管理不善，导致抽放效果差。一是抽放时间短。瓦斯抽放率随抽放时间延长而增大。因富源县境内煤矿煤层透气性较差，部分矿井还不同程度地存在采掘失调现象，回采工作面预抽瓦斯的时间普遍不足，最长为10个月，最短的仅2个月，平均预抽时间只有5个月左右。二是钻孔工程量不足。抽放钻孔具有输排瓦斯和提高煤层透气性的双重作用。钻孔工程量不足是导致瓦斯抽放率偏低的主要原因之一。回采工作面吨煤预抽钻孔长度最多为0.04m，最少只有0.0065m，平均仅为0.018m。三是封孔质量差。孔底抽放负压具有引流瓦斯和强制瓦斯解吸的功效、封孔质量的好坏直接关系到瓦斯抽放效果的好坏。目前，富源县大部分矿井瓦斯抽放仍然采用黄泥或水泥砂浆封孔，封孔短且密封质量较差。四是抽放系统能力不匹配。一部分矿井瓦斯抽放泵能力不足，极限抽放流量小，真空度低，不足以克服抽放管道沿程阻力；部分矿井瓦斯抽放泵能力虽然较大，但选用的抽放支管甚至主干管管径太小，抽放泵产生的负压绝大部分消耗在抽放管道的沿程阻力上。五是管理不到位。瓦斯抽放管理不到位是造成煤矿瓦斯抽放效果差的重要原因。主要表现为：一些煤矿没有专门的瓦斯抽放队伍；钻孔施工质量缺乏监管，不按设计施工抽放钻孔，虚报钻孔长度；抽放系统不按规定安设计量装备、监测设施和放水器；未进行抽放系统的定期维护和检漏等。
（5）煤矿业主认识不到位，消积应对，投入不足，防突机制和体系不完善。一是煤矿防突队伍专业技术业务不强，业务内容不明确，责任落实不到位，学习培训不足，煤矿防突机构不健全，人员配备不足，部分防突人员为兼职人员；二是多数煤矿未按要求做好防突工作中的各种参数记录，检测仪器仪表配备不足，无法分析抽放效果和进行防突效果检验；三是煤矿业主瓦斯治理主体责任落实不到位，受市场影响，煤矿效益锐减，投资信心不足，采取消积、被动的方式应对政策变化，对瓦斯危害认识不足，在瓦斯治理上抱着等待观望、能省就省、有跟没有一个样的消积态度。
2 解决措施探讨
（1）根据煤层瓦斯含量、瓦斯压力、煤层透气性系数、瓦斯放散初速度和煤层坚固性系数测定值，委托有资质的部门进行瓦斯抽放系统设计，合理选择高压、低压瓦斯抽放设备、抽放管道及抽放系统附属设施设备。抽放泵高位水池水压满足要求。
（2）降低抽放管道阻力可以大幅提高瓦斯抽放效率。由hf=
9.81q2△l/kd5（hf为管道阻力；q为管道内瓦斯流量；△为管道内壁摩擦系数；l为管道长度；k为瓦斯涌出不均衡系数；d为管道直径）公式可知，管道直径和管道长度是决定管道阻力的两个重要因素，管道直径越大，阻力越小，管道长度越短，阻力越小。在瓦斯抽放系统设计时，应根据煤矿瓦斯测定参数、矿井瓦斯地质条件合理选择瓦斯抽放泵，适当增大抽放管道直径，矿井开拓系统应尽可能缩短回风巷道长度，减小抽放管道阻力。我国阳泉矿所做的抽放管道变径试验表明，预抽瓦斯直径由Φ73mm增加到Φ300mm，抽出瓦斯量约赠大3倍。
（3）预抽煤层的钻孔瓦斯抽放量随钻孔穿入煤体深度的增大而增加。因此，穿层钻孔应尽量穿透煤层全厚，顺层钻孔应尽量打长钻孔。
（4）加大钻孔直径可以降低钻孔阻力，还可以有效增加钻孔暴露面积，增大瓦斯抽出量。多数国家都在尝试增加抽放钻孔直径来提高瓦斯抽放效率。
（5）根据瓦斯含量、瓦斯压力、煤层透气性系数、瓦斯放散初速度和煤层坚固性系数，合理确定抽放钻孔密度，是提高瓦斯抽放效果的有效途径，适当加大钻孔密度，可以提高瓦斯抽放率。
（6）提高煤层透气性是增加瓦斯抽出量的关键因素。提高透气性的措施包括水力压裂、水力破裂、水力割缝、深孔爆破、酸液处理和交叉钻孔等措施。我国阳泉、红卫等矿都曾做过水力压裂试验，煤层透气性明显改善。
（7）加强瓦斯抽放系统日常维护与管理。一是要完善瓦斯治理机构建设，配齐相应的专业技术管理队伍，建立健全瓦斯治理体制机制，完善管理制度，认真组织贯彻落实；二是要做好防突工作中的各种参数记录，配足检测仪器仪表，定期分析瓦斯抽放效果和进行防突效果检验；三是煤矿业主要认真落实瓦斯治理主体责任，严格按规定提取瓦斯治理专项资金，专项用于瓦斯治理；四是加强抽放设备、抽放管道、放水器、管道闸伐、仪器仪表的日常维护和保养，发现问题及时解决。