【正文】 和圖 可知，我國(guó)已度過了事故高發(fā)期，隨著近年來安全投入力度增大，煤礦安全事故總體呈下降趨勢(shì)， 2021 年煤礦事故死亡人數(shù)達(dá)到了 1973 人， 2021 年降至 1384 人。 2021 年，我國(guó) 煤礦 共發(fā)生一次死亡 3～ 9 人重大 事故 367 起，共計(jì)死亡 1694 人，其中 ， 瓦斯 事故 267 起，死亡 1281 人，分別占 3～ 9 人重大 事故 起數(shù)的 ％、死亡人數(shù)的 ％；發(fā)生一次死亡 10 人以上的特大 事故75 起，死亡 1398 人，其中，瓦斯 事故 69 起，死亡 1319 人，分別占 10 人以上特大 事故 起數(shù)的 ％、死亡人數(shù)的 ％ [1]。 2021 年，我國(guó)原煤產(chǎn)量由關(guān)井壓產(chǎn)前的 13億 t 降至 10 億 t，煤炭生產(chǎn)死亡 5798 人，百萬(wàn)噸死亡率為 ，是俄羅斯的 12倍，印度的 16 倍，美國(guó)的 182 倍。1 緒論 研究背景及意義 煤炭是我國(guó)的主體能源和重要資源，國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，對(duì)煤炭的需求日益增加，然而伴隨著煤炭的高強(qiáng)度開采，瓦斯爆炸、煤與瓦斯突出等瓦斯事故也頻繁發(fā)生。由表 11 可分析 出 在我國(guó)礦井中，高瓦斯礦井和突出礦井占比例較大，因而瓦斯問題更加嚴(yán)峻。瓦斯災(zāi)害是造成我國(guó) 煤礦 災(zāi)害 事故 嚴(yán)重的主要原因。 由于煤礦事故多，死亡人數(shù)多，造成了我國(guó)煤礦的百萬(wàn)噸死亡率一直居高不下，特別是煤礦重大及特大瓦 斯災(zāi)害事故的頻發(fā)，不但造成國(guó)家財(cái)產(chǎn)和公民生命的巨大損失，而且嚴(yán)重影響了我國(guó)的國(guó)際聲譽(yù)。不難看出，煤礦事故中， 瓦斯 事故 為 主要災(zāi)害 [2]。對(duì)于高瓦斯以及瓦斯突出礦井，單純采用通風(fēng)的方法難以把工作面的瓦斯?jié)舛瓤刂圃谠试S的范圍內(nèi)，因此，強(qiáng)化瓦斯 抽采 才是防止瓦斯災(zāi)害事故最有效的途徑。與此同時(shí)，伴隨著現(xiàn)代化、科技化、機(jī)械化、自動(dòng)化和大強(qiáng)度煤炭開采規(guī)模的不斷擴(kuò)大，導(dǎo)致了整個(gè)礦井的采動(dòng)空間和開 采范圍劇增，使得回采工作面以及采空區(qū)的瓦斯呈現(xiàn)出高強(qiáng)度、高速率、大體積和非均勻式的涌出特點(diǎn)，同時(shí)更增大了有關(guān)專 家對(duì)各種煤礦瓦斯災(zāi)害防治的難度系數(shù)。取得可喜成績(jī)的同時(shí)，我們也看到了我國(guó)煤礦瓦斯安全高效 抽采 技術(shù)的發(fā)展速度緩慢，仍舊遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于全國(guó)煤炭產(chǎn)量的提高速度，這就給煤礦安全生產(chǎn)工作埋下了重大的隱患。特別的，煤礦瓦斯爆炸、煤與瓦斯突出事故不僅能對(duì)礦井巷道設(shè)施造成巨大的毀壞（如井巷垮塌），而且常常會(huì)導(dǎo)致礦井火災(zāi)、水災(zāi)和煤塵爆炸等二次、甚至多次礦井災(zāi)害事故的連續(xù)發(fā)生。 統(tǒng)計(jì)表明 [2]， 我國(guó)高瓦斯礦井和有瓦 斯突出危險(xiǎn)的礦井占到了全國(guó)礦井總數(shù)量的 30%左右，而重、特大惡性瓦斯事故的高發(fā)生頻率并沒有得到根本性的解決，這將嚴(yán)重阻礙著未來我國(guó)煤礦安全生產(chǎn)工作的順利進(jìn)行。煤礦瓦斯 抽采 是減少礦井瓦斯涌出量的重要途徑之一，對(duì)于礦井瓦斯災(zāi)害事故的防治具有重要的作用 [34]。當(dāng)對(duì)井下進(jìn)行瓦斯 抽采 之后，采空區(qū)瓦斯涌出量將會(huì)降低 70%以上，同時(shí)還能大大降低井下通風(fēng)成本費(fèi)用。 國(guó)內(nèi)外瓦斯抽采研究現(xiàn)狀 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀 下面從瓦斯抽采量、瓦斯抽采率、瓦斯抽采方法、瓦斯抽采存在的問題等四個(gè)方面介紹國(guó)內(nèi)煤礦瓦斯抽采現(xiàn)狀。 2021 年，國(guó)家煤礦安全監(jiān)察局制定了 “先抽后采，以風(fēng)定產(chǎn)，監(jiān)測(cè)監(jiān)控 ”的煤礦瓦斯防治方針，強(qiáng)化了瓦斯抽采治理瓦斯災(zāi)害的地位，《煤礦安全規(guī)程》也以法規(guī)的形式對(duì)煤礦瓦斯抽采作了詳盡的規(guī)定，我國(guó)實(shí)施瓦斯抽采的礦井?dāng)?shù)量和瓦斯抽采量逐年穩(wěn)步上升 [56]。 2021 年全國(guó)煤礦瓦斯累計(jì)抽采瓦斯量達(dá) 23 億 m179。利用量達(dá) 億 m179。利用量 億 m179。同年 8 月，國(guó)土資源部最新的煤層氣資源評(píng)價(jià)中指出：中國(guó)煤層氣資源非常豐富，全國(guó)埋深 2021 米以淺煤層氣地質(zhì)資源量為 萬(wàn)億 m179。），是僅次于俄羅斯、加拿大的世界第三大煤層氣儲(chǔ)藏國(guó)。利用量達(dá)到 億 m179。利用量 36 億立方米。利用量要達(dá) 50 億 m179。 具體抽采量如下表所示： 表 12 20212021 年我國(guó)瓦斯抽采量 年份 抽采量 /億 m179。 年份 抽采量 /億 m179。近幾年，隨著煤層開采深度的不斷增加，任何單一瓦斯抽采方法都無法有效地解決煤礦瓦斯隱患。 ② 瓦斯抽采率： 晉城、撫順、陽(yáng)泉、松藻、天府、淮南、盤江、鐵法、石炭井、水城、平頂山、芙蓉、中梁山、南桐、淮北、鶴崗、峰峰、焦作、豐城、六枝是我國(guó)的主要 瓦斯抽采礦區(qū)。 各礦區(qū)按照抽采率大小，我國(guó)主要瓦斯抽采礦區(qū)可以劃分為 3 類： Ⅰ 類礦區(qū)：瓦斯抽采率＞ 40％，抽采效果好； Ⅱ 類礦區(qū)：瓦斯抽采率 25％～ 40％，抽采效果一般 ； Ⅲ 類礦區(qū)：瓦斯抽采率＜ 25％，抽采效果差； 我國(guó)主要瓦斯抽采礦區(qū)的瓦斯抽采效果分類情況（見表 13） [11]。瓦斯 抽采效果好的 Ⅰ 類礦區(qū)只有 5 個(gè)，僅占主要瓦斯 抽采 礦區(qū)數(shù)的 ％，平均瓦斯抽采 率為 ％；瓦斯 抽采 效果一般的 Ⅱ 類礦區(qū)有 4 個(gè)，占主要瓦斯 抽采 礦區(qū)數(shù) ％，平均瓦斯 抽采 率為 ％；瓦斯 抽采 效果差的 Ⅲ 類礦區(qū)多達(dá)12 個(gè)，占主要瓦斯 抽采 礦區(qū)數(shù)高達(dá) ％，平均瓦斯 抽采 率僅為 ％。 ③ 瓦斯 抽采 方法： 隨著煤炭工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，瓦斯 抽采 技術(shù)也得到了不斷地提高和發(fā)展，我國(guó)煤礦瓦斯 抽采 技術(shù)大致經(jīng)歷了五個(gè)發(fā)展階段： （ 1）高透氣性煤層瓦斯 抽采 階段 20 世紀(jì) 50 年 代初期，在高透氣性特厚煤層中（如撫順礦區(qū)）首次采用井下鉆孔預(yù)抽煤層瓦斯，成功解決了礦區(qū)向深部發(fā)展過程中的瓦斯安全問題，獲得了理想的效果。 （ 2）鄰近層卸壓瓦斯 抽采 階段 20 世紀(jì) 50 年代中期，在開采煤層群礦井中，首先在陽(yáng)泉礦區(qū)采用穿層鉆孔 抽采 上鄰近層瓦斯獲得成功，解決了煤層群開采中首采工作面瓦斯涌出量大的問題。 （ 3）低透氣性煤層強(qiáng)化 抽采 瓦斯階段 由于在我國(guó)一些透氣性較差的高瓦斯煤層及有突出危險(xiǎn)的煤層采用通常的布孔方式預(yù) 抽采 瓦斯的效果不理想、難以解除煤層開采時(shí)的瓦斯威脅，為此，從 60 年代開始，試驗(yàn)研究了多種強(qiáng)化 抽采 開采煤層瓦斯的方法，如煤層注水，水力壓裂，水力割縫，松動(dòng)爆破，大直徑鉆孔，網(wǎng)格式密集布孔，預(yù)裂控制爆破，交叉布孔等。如本煤層瓦斯 抽采 ，其難點(diǎn)在于低透氣性煤層瓦斯難以抽出。 80年代后又對(duì)預(yù)裂爆破增大煤層透氣性的方法進(jìn)行了試驗(yàn)研究，但其工藝復(fù)雜、技術(shù)難度大，沒能大規(guī)模推廣應(yīng)用。經(jīng)分析研究認(rèn)為，交叉布孔除了由于交叉增加煤體卸壓范圍、提高透氣性外，還由于鉆孔相互交叉影響，可避免因某一鉆孔坍塌堵塞而影響正常 抽采 。因而交叉鉆孔可以較好地提高開采層的 抽采 瓦斯效果。近幾年由于鉆機(jī)研究開發(fā)的突破，使得打本煤層長(zhǎng)鉆孔 抽采 效果有了很大改善。 （ 4）綜合 抽采 瓦斯階段 20 世紀(jì) 80 年代，隨著普采、綜采和綜放采煤技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，采區(qū)巷道布置方式有了新的改變，采掘推進(jìn)速度加快、開采強(qiáng)度增大，使工作面絕對(duì)瓦斯涌出量大幅度增加，尤其是有鄰近 層的工作面。綜合 抽采 瓦斯就是把開采煤層瓦斯采前預(yù)抽、卸壓瓦斯邊采邊抽及采后 抽采 等多種方法在同一采區(qū)、工作面內(nèi)使用，采用該方法能夠最大限度利用時(shí)間及空間來增加瓦斯 抽采 量、提高 抽采 濃度及 抽采 率。地面鉆孔對(duì)開采層進(jìn)行壓裂、 抽采 瓦斯以及對(duì)采動(dòng)影響卸壓瓦斯和采空區(qū)瓦斯進(jìn)行 抽采 。解決了開采煤層預(yù)抽時(shí)間短、 抽采 率低的問題，是實(shí)現(xiàn)礦井煤與瓦斯安全共采的最根本方法。 具體方法如下圖所示： 圖 瓦斯抽采方法示意圖 選擇瓦斯 抽采 方法主要根據(jù)礦井瓦斯來源、煤層賦存狀況、采掘布置、開采程序以及開采地質(zhì)條件等因素進(jìn)行綜合考慮，由于我國(guó)礦井?dāng)?shù)量眾多，且煤層賦存條件復(fù)雜多樣，因此我國(guó)試驗(yàn)和應(yīng)用過許多 抽采 方法。 瓦斯 抽采 方法 采前 抽 采 （預(yù)抽） 采中 抽采 （邊采邊抽） 采后 抽采 本煤層 抽采 地面鉆井 穿層鉆孔 順層鉆孔 交叉鉆孔 巷道 抽采 領(lǐng)近層 抽采 地面鉆井 穿層鉆孔 順層鉆孔 傾向巷道 水平鉆孔 煤礦瓦斯綜合 抽采 回采工作面抽采 地面鉆井 穿層鉆孔 順層鉆孔 巷道 抽采 采空區(qū) 埋管 采空區(qū) 抽采 掘進(jìn)工作面抽采 巷幫鉆孔 迎頭鉆孔 地面鉆井 抽采 密閉插管 抽采 密閉鉆孔 抽采 相鄰巷道 表 14 礦井瓦斯抽采方法適用條件 抽采 分類 抽采 方法 適用條件 本 煤 層 抽 采 瓦 斯 未 卸 壓 抽 采 巖巷揭煤 煤巷掘進(jìn)預(yù)抽 由巖巷向煤層打穿層鉆孔 煤巷工作面打超前鉆孔 突出危險(xiǎn)煤層 高瓦斯煤層 采區(qū)大面積預(yù)抽 由開采層進(jìn)、回風(fēng)巷或煤門等 打上向、下向順層鉆孔 有預(yù)抽時(shí)間的 高瓦斯或突出煤層 由石門、巖巷、鄰近層煤巷等 向開采層打穿層鉆孔 “勉強(qiáng) 抽采 ”煤層 地面鉆孔 高瓦斯易抽煤層淺埋深 密封開 采巷道 高瓦斯易抽煤層 卸 壓 抽 采 邊掘邊抽 由煤巷或巖巷向煤層打防護(hù)鉆孔 高瓦斯煤層 邊采邊抽 由進(jìn)、回風(fēng)巷向工作面前方打鉆 高瓦斯煤層 由巖巷、煤門等向開采分層上部 或下部未采分層打穿層或順層孔 高瓦斯煤層 水力割縫、壓裂， 松動(dòng)爆破 由開采層進(jìn)、回風(fēng)巷等打順層鉆孔，由巖巷或地面打鉆孔 高瓦斯難抽煤層 鄰 近 層 抽 采 瓦 斯 卸 壓 抽 采 開采層工作面推過后 抽采 上、下鄰近煤層 由進(jìn)、回風(fēng)巷或巖巷向鄰近層 或采空區(qū)打斜交鉆孔 鄰近層瓦斯涌出量大 影響開采層安全時(shí) 由煤門打沿鄰近層鉆孔 由鄰近層掘匯集瓦斯巷道 鄰近層瓦斯涌出量大，鉆孔能力不滿足 抽采 要求 從地面打鉆孔 地面打鉆優(yōu)于井下 采 空 區(qū) 邊采邊抽 密封采空區(qū)插管 抽采 無自燃危險(xiǎn)或 采取防火措施 現(xiàn)采采空區(qū)設(shè)密閉墻插管 采空區(qū)打鉆、預(yù)埋管 抽采 圍 巖 超前鉆孔 由巖巷兩側(cè)或正前向溶洞或 裂隙帶打鉆、密閉巖巷 瓦斯涌出量大或有溶洞 裂縫帶儲(chǔ)存高壓瓦斯 ④ 煤 礦 瓦斯 抽采 存在的問題： 目前，我國(guó) 煤礦 總體瓦斯 抽采 效果不佳，具體表現(xiàn)為瓦斯 抽采 率低。d ），瓦斯 抽采 （特別是預(yù)抽）難度非常大 ， 具體表現(xiàn)為，技術(shù)上，由于煤層賦存較為復(fù)雜，以及 抽采鉆孔施工和設(shè)備上的落后，導(dǎo)致了鉆孔質(zhì)量差、封孔質(zhì)量差的現(xiàn)狀；在管理上，抽采 單一， 抽采 時(shí)間不足，管理松散等常見問題。 國(guó)外研究現(xiàn)狀 為滿足經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的需要，世界各國(guó)煤炭生產(chǎn)規(guī)模和產(chǎn)量正在不斷擴(kuò)大。因此，怎樣卸載瓦斯壓力、增加煤層透氣性、加快瓦斯 抽采 速度、提高其 抽采 效率并最大限度的預(yù)防和控制煤與瓦斯突出事故的發(fā)生頻率和危害性己經(jīng)成為礦井安全工作人員和煤礦瓦斯防治專家所關(guān)注和研究的重中之重。歷史上最早的瓦斯 抽采 記錄顯示，英國(guó) WhiteHaven煤礦 Saltom 在十八世紀(jì)就己經(jīng)開始進(jìn)行了瓦斯 抽采 。因此人們用直徑為 50 管密后，將瓦斯引至井外，以 供當(dāng)?shù)匾晃粚W(xué)者的實(shí)驗(yàn)使用。隨后煤礦瓦斯 抽采 技術(shù)得到前所未有的快速發(fā)展，并成為保障礦井安全生產(chǎn)過程中必不可少的技術(shù)手段?？偟膩碚f，世界煤炭主要生產(chǎn)國(guó)根據(jù)各自的煤地質(zhì)狀況，相應(yīng)采取不同的瓦斯 抽采 方法，如煤層預(yù) 抽采 瓦斯，掘進(jìn)面 抽采 瓦斯、工作面 抽采 瓦斯、采空區(qū) 抽 采 瓦斯、和地面鉆井 抽采 瓦斯等。 1949～ 1950 年間，比利時(shí)和英國(guó)先后進(jìn)行工業(yè)規(guī)模的瓦斯 抽采 ，年 抽采量達(dá) 5700 m179。增至 1987 年的 54031 億 m179。/井，增至 1987年的 877 萬(wàn) m179。到目前為止，世界上已有 17 個(gè)采煤國(guó)家進(jìn)行了瓦斯 抽采 ，年 抽采 量 超過 1 億 m179。其中原蘇聯(lián) 抽采 量最多，達(dá) 2102 億 m179。以上 [10]。左右，而且更多的國(guó)家開始致力于該項(xiàng)技術(shù)的研究。 平煤四礦瓦 斯抽采存在問題 （ 1）煤層瓦斯含量大，呈不均勻分布， 瓦斯賦存情況復(fù)雜。 （ 3）四礦整體由南到北呈單向傾斜，并有褶曲構(gòu)造，煤層斷層多、頂板破碎， 井巷壓力大、構(gòu)造多， 易形成較大的壓力梯度，易發(fā)生瓦斯突出事故。 研究?jī)?nèi)容、研究方法與技術(shù)路線 研究?jī)?nèi)容 （ 1）研究低透氣突出煤層條件下，瓦斯賦存及涌出規(guī)律，運(yùn)用分源預(yù)測(cè)的方法，計(jì)算出工作面的最大瓦斯涌出 量，并 對(duì) 瓦斯 抽采 的必要性與可行性 進(jìn)行 分析 。 （ 3）瓦斯 抽采 工藝的效果分析，根據(jù)瓦斯 抽采 的影響因素，提出優(yōu)化管理的方法 。 理論分析不同抽采方法的適用條件，綜合考慮煤層透氣性、瓦斯壓力和含量 、鉆場(chǎng) 和 鉆孔設(shè)計(jì)、采煤方法與工藝、開采規(guī)模和強(qiáng)度 等 因素，以提高礦井瓦斯抽采 率 為目的，經(jīng)過分析研究，提出可行的工作面瓦斯抽采技術(shù)。 技術(shù)路線 首先要進(jìn)行瓦斯的涌出量預(yù)測(cè)分析，根據(jù)安全生產(chǎn)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《礦井瓦斯涌出量預(yù)測(cè)方法》 (AQ1018 2021)， 采用分源預(yù)測(cè)法對(duì)礦井瓦斯涌出量進(jìn)行預(yù)測(cè) 。具體技術(shù)路線參考圖